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1、機(jī)械臂結(jié)構(gòu) 一、臂部設(shè)計(jì)的基本要求 1承載能力足： 手臂是支承手腕的部件 ， 設(shè)計(jì)時(shí)不僅 要考慮抓取物體的 重量或攜帶工具的 重量 ， 還要考慮運(yùn)動(dòng)時(shí)的 動(dòng)載荷 及 轉(zhuǎn) 動(dòng)慣性 。 2剛度高： 為了防止臂部在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生過大 的變形，手臂的 截面形狀 要合理選擇。 工字型 截面的彎曲剛度一般比圓截面 大，空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都 比實(shí)心軸大得多。 工字鋼（ GB706-88）： 1、 工字鋼的型號(hào) 與高度尺 寸 h有關(guān)，如： 10號(hào)工字鋼 即指其高度尺寸為 100mm。 2、其它參數(shù)如截面積、單 位長度的理論質(zhì)量、截面靜 力矩等可查相應(yīng)的設(shè)計(jì)手冊。 3、工字
2、鋼的長度按長度系 列購買。如： 519m。 槽鋼（ GB707-88） 1、 槽鋼的型號(hào) 與高度尺寸 h有關(guān)，如： 10號(hào)槽鋼即指 其高度尺為 100mm。 2、其它參數(shù)如截面積、單 位長度的理論質(zhì)量、截面 靜力矩等可查相應(yīng)的設(shè)計(jì) 手冊。 3、導(dǎo)向性能好，定位精度高： 為防止手臂在直線運(yùn)動(dòng)中 ， 沿運(yùn)動(dòng)軸 線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) ， 應(yīng)設(shè)置 導(dǎo)向裝置 。 同時(shí)要采用一定形式的 緩沖措施 。 4重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?。? 為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度 ， 要盡量減 少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量 ， 以減少整個(gè) 手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。 5合理設(shè)計(jì)與腕部和機(jī)身的連接部位： 臂部的安裝形式和位置不
3、僅關(guān)系到機(jī) 器人的強(qiáng)度 、 剛度和承載能力 ， 而且 還直接影響到機(jī)器人的外觀 。 二、機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)形式 1直角坐標(biāo)型： 臂部由三個(gè)相互 正交的移動(dòng)副組 成 。 帶動(dòng)腕部分 別沿 X、 Y、 Z三 個(gè)坐標(biāo)軸的方向 作直線移動(dòng) 。 結(jié) 構(gòu)簡單 ， 運(yùn)動(dòng)位 置精度高 。 但 所 占空間較大 ， 工 作范圍相對(duì)較小 。 2圓柱坐標(biāo)型： 臂部由一個(gè)轉(zhuǎn) 動(dòng)副和兩個(gè)移 動(dòng)副組成 。 相 對(duì)來說 ， 所 占 空間較小 ， 工 作范圍較大 ， 應(yīng)用較廣泛 。 3關(guān)節(jié)型： 由動(dòng)力型旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 和前 、 下兩臂組成 。 關(guān)節(jié)型機(jī)器人以臂 部各相鄰部件的相 對(duì)角位移為運(yùn)動(dòng)坐 標(biāo) 。 動(dòng)作靈
4、活 ， 所 占空間小 ， 工作范 圍大 ， 能在狹窄空 間內(nèi)饒過各種障礙 物 。 4極坐標(biāo)型： 臂部由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) 副和一個(gè)移動(dòng)副 組成 。 產(chǎn)生沿手 臂軸 X的直線移 動(dòng) ， 繞基座軸 Y 的轉(zhuǎn)動(dòng)和繞關(guān)節(jié) 軸 Z的擺動(dòng) 。 其 手臂可作繞 Z軸 的 俯仰運(yùn)動(dòng) ， 能 抓取地面上的物 體 。 三、典型機(jī)械臂結(jié)構(gòu) 1手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 常見方式： 行程小時(shí)： 采用油缸或汽缸直接驅(qū)動(dòng)； 當(dāng)行程較大時(shí)： 可采用 油缸 或汽缸驅(qū)動(dòng) 齒條傳動(dòng)的倍增機(jī)構(gòu)或采用步進(jìn)電機(jī)或 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) ， 并通過絲桿螺母來轉(zhuǎn)換 為直線運(yùn)動(dòng) 。 典型結(jié)構(gòu)： 油缸驅(qū)動(dòng)的手臂 伸縮運(yùn)動(dòng) 結(jié)構(gòu) 電
5、機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲桿螺母 直線運(yùn)動(dòng) 結(jié)構(gòu) 油缸 齒條機(jī)構(gòu)圖例： 油缸驅(qū)動(dòng)的手臂伸縮運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖例： 特點(diǎn)： 工作行程長，抓重大， 適合于抓舉工件形狀不 規(guī)則、有偏轉(zhuǎn)力矩的場 合。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿螺母直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖例： 2手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 常見方式： 常見的有齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，活塞及連 桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。 曲柄滑塊 機(jī)構(gòu) ： 假設(shè)滑塊是主動(dòng)件，當(dāng)滑塊沿一定的導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)， 可以推動(dòng)曲柄做擺動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)。 典型機(jī)構(gòu)： 液壓缸 連桿回轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu) ： 齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu) ： 平面四桿機(jī)構(gòu)圖例： 平面四桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 平面四桿機(jī)構(gòu)演變圖例：
6、 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 雙臂機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)圖例： 1 鉸接活塞缸 2 連桿 3 手臂 4 支承架 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)： 手臂關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)是通過液壓缸 -連 桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)?？刂?活塞的行程就控制 了手臂擺角的大小。 齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖例： 3關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)（ 1） 存在的運(yùn)動(dòng) 型式 ： 機(jī)身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的擺動(dòng)； 腕關(guān)節(jié)的俯仰和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 各運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)： 稱為 5軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人 。 五軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)圖例（ 1）： 腰轉(zhuǎn) 肩轉(zhuǎn) 肘轉(zhuǎn) 俯仰 偏轉(zhuǎn) 腰轉(zhuǎn)姿態(tài) 五軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)圖例（ 2）： 肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)與手腕的
7、協(xié)調(diào) 3關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)（ 2） 各運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)： 腕部的旋轉(zhuǎn)： 電機(jī) M5 減速器 R5 鏈輪副 C5 錐齒輪副 G5 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) n5 腕部俯仰： 電機(jī) M4 減速器 R4 鏈輪副 C4 俯仰運(yùn)動(dòng) n4 肘關(guān)節(jié)擺動(dòng)： 電機(jī) M3 兩級(jí)同步帶傳動(dòng) B3、 B3 減速器 R3 肘關(guān)節(jié)擺動(dòng) n3 肩關(guān)節(jié)的擺動(dòng)： 電機(jī) M2 同步帶傳動(dòng) B2 減速器 R2 肩關(guān)節(jié)擺動(dòng) n2 關(guān)節(jié)型機(jī)器人傳動(dòng) 系統(tǒng)圖： 腕部旋轉(zhuǎn)局部圖例： 電機(jī) M5 減速器 R5 鏈輪 副 C5 錐齒輪副 G5 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) n5 腕部俯仰局部圖例： 電機(jī) M4 減速器 R4 鏈輪副 C4 俯仰運(yùn)動(dòng) n4 肩關(guān)節(jié)局部圖例： 電機(jī) M2 同步帶傳 動(dòng) B2 減速器 R2 肩 關(guān)節(jié)擺動(dòng) n2 四、機(jī)械臂的控制 1、伺服系統(tǒng)的分類： 液壓伺服系統(tǒng)： 機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)通常由液壓伺服閥 控制液壓缸實(shí)現(xiàn)。 電動(dòng)伺服系統(tǒng)： 機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)通常由步進(jìn)電機(jī)或 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 肘關(guān)節(jié)局部圖例： 電機(jī) M3 兩級(jí)同步帶傳動(dòng) B3、 B3 減速器 R3 肘關(guān)節(jié)擺動(dòng) n3 伺服直線液壓缸圖例： 電動(dòng)伺服控制系統(tǒng)圖例：
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