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1、機械臂結(jié)構(gòu) 一、臂部設(shè)計的基本要求 1承載能力足： 手臂是支承手腕的部件 ， 設(shè)計時不僅 要考慮抓取物體的 重量或攜帶工具的 重量 ， 還要考慮運動時的 動載荷 及 轉(zhuǎn) 動慣性 。 2剛度高： 為了防止臂部在運動過程中產(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 比實心軸大得多。 工字鋼（ GB706-88）： 1、 工字鋼的型號 與高度尺 寸 h有關(guān)，如： 10號工字鋼 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 與高度尺寸 h有關(guān)，如： 10號槽鋼即指 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 手冊。 3、導(dǎo)向性能好，定位精度高： 為防止手臂在直線運動中 ， 沿運動軸 線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動 ， 應(yīng)設(shè)置 導(dǎo)向裝置 。 同時要采用一定形式的 緩沖措施 。 4重量輕、轉(zhuǎn)動慣量?。? 為提高機器人的運動速度 ， 要盡量減 少臂部運動部分的重量 ， 以減少整個 手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量 。 5合理設(shè)計與腕部和機身的連接部位： 臂部的安裝形式和位置不
3、僅關(guān)系到機 器人的強度 、 剛度和承載能力 ， 而且 還直接影響到機器人的外觀 。 二、機械臂的運動形式 1直角坐標型： 臂部由三個相互 正交的移動副組 成 。 帶動腕部分 別沿 X、 Y、 Z三 個坐標軸的方向 作直線移動 。 結(jié) 構(gòu)簡單 ， 運動位 置精度高 。 但 所 占空間較大 ， 工 作范圍相對較小 。 2圓柱坐標型： 臂部由一個轉(zhuǎn) 動副和兩個移 動副組成 。 相 對來說 ， 所 占 空間較小 ， 工 作范圍較大 ， 應(yīng)用較廣泛 。 3關(guān)節(jié)型： 由動力型旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 和前 、 下兩臂組成 。 關(guān)節(jié)型機器人以臂 部各相鄰部件的相 對角位移為運動坐 標 。 動作靈
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極坐標型： 臂部由兩個轉(zhuǎn)動 副和一個移動副 組成 。 產(chǎn)生沿手 臂軸 X的直線移 動 ， 繞基座軸 Y 的轉(zhuǎn)動和繞關(guān)節(jié) 軸 Z的擺動 。 其 手臂可作繞 Z軸 的 俯仰運動 ， 能 抓取地面上的物 體 。 三、典型機械臂結(jié)構(gòu) 1手臂直線運動機構(gòu) 常見方式： 行程小時： 采用油缸或汽缸直接驅(qū)動； 當行程較大時： 可采用 油缸 或汽缸驅(qū)動 齒條傳動的倍增機構(gòu)或采用步進電機或 伺服電機驅(qū)動 ， 并通過絲桿螺母來轉(zhuǎn)換 為直線運動 。 典型結(jié)構(gòu)： 油缸驅(qū)動的手臂 伸縮運動 結(jié)構(gòu) 電
5、機驅(qū)動的絲桿螺母 直線運動 結(jié)構(gòu) 油缸 齒條機構(gòu)圖例： 油缸驅(qū)動的手臂伸縮運動結(jié)構(gòu)圖例： 特點： 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。 電機驅(qū)動絲桿螺母直線運動結(jié)構(gòu)圖例： 2手臂的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu) 常見方式： 常見的有齒輪傳動機構(gòu)，鏈輪傳動機構(gòu)，活塞及連 桿傳動機構(gòu)等。 曲柄滑塊 機構(gòu) ： 假設(shè)滑塊是主動件，當滑塊沿一定的導(dǎo)軌移動時， 可以推動曲柄做擺動或圓周運動。 典型機構(gòu)： 液壓缸 連桿回轉(zhuǎn) 機構(gòu) ： 齒輪驅(qū)動回轉(zhuǎn) 機構(gòu) ： 平面四桿機構(gòu)圖例： 平面四桿機構(gòu) 雙曲柄機構(gòu) 雙搖桿機構(gòu) 平面四桿機構(gòu)演變圖例：
6、 曲柄滑塊機構(gòu) 雙臂機器人手臂結(jié)構(gòu)圖例： 1 鉸接活塞缸 2 連桿 3 手臂 4 支承架 運動特點： 手臂關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運 動是通過液壓缸 -連 桿機構(gòu)實現(xiàn)。控制 活塞的行程就控制 了手臂擺角的大小。 齒輪驅(qū)動回轉(zhuǎn)機構(gòu)圖例： 3關(guān)節(jié)型機械臂的結(jié)構(gòu)（ 1） 存在的運動 型式 ： 機身的旋轉(zhuǎn)運動； 肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的擺動； 腕關(guān)節(jié)的俯仰和旋轉(zhuǎn)運動； 各運動的協(xié)調(diào)： 稱為 5軸關(guān)節(jié)型機器人 。 五軸關(guān)節(jié)型機器人手臂運動圖例（ 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)型機器人手臂運動圖例（ 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)型機械臂的結(jié)構(gòu)（ 2） 各運動的實現(xiàn)： 腕部的旋轉(zhuǎn)： 電機 M5 減速器 R5 鏈輪副 C5 錐齒輪副 G5 旋轉(zhuǎn)運動 n5 腕部俯仰： 電機 M4 減速器 R4 鏈輪副 C4 俯仰運動 n4 肘關(guān)節(jié)擺動： 電機 M3 兩級同步帶傳動 B3、 B3 減速器 R3 肘關(guān)節(jié)擺動 n3 肩關(guān)節(jié)的擺動： 電機 M2 同步帶傳動 B2 減速器 R2 肩關(guān)節(jié)擺動 n2 關(guān)節(jié)型機器人傳動 系統(tǒng)圖： 腕部旋轉(zhuǎn)局部圖例： 電機 M5 減速器 R5 鏈輪 副 C5 錐齒輪副 G5 旋轉(zhuǎn)運動 n5 腕部俯仰局部圖例： 電機 M4 減速器 R4 鏈輪副 C4 俯仰運動 n4 肩關(guān)節(jié)局部圖例： 電機 M2 同步帶傳 動 B2 減速器 R2 肩 關(guān)節(jié)擺動 n2 四、機械臂的控制 1、伺服系統(tǒng)的分類： 液壓伺服系統(tǒng)： 機械臂各關(guān)節(jié)的運動通常由液壓伺服閥 控制液壓缸實現(xiàn)。 電動伺服系統(tǒng)： 機械臂各關(guān)節(jié)的運動通常由步進電機或 直流電機驅(qū)動。 肘關(guān)節(jié)局部圖例： 電機 M3 兩級同步帶傳動 B3、 B3 減速器 R3 肘關(guān)節(jié)擺動 n3 伺服直線液壓缸圖例： 電動伺服控制系統(tǒng)圖例：
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