退出第四章工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)第四章工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)返回主頁(yè)第一節(jié)概述第二節(jié)工業(yè)機(jī)器人的基本理論第三節(jié)工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四節(jié)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五節(jié)并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四章第一節(jié)4.1概述一、工業(yè)機(jī)器人的定義二、工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類三、工業(yè)機(jī)器人的主要特征退出返回主頁(yè)四、工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)第四章第一節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.1.1工業(yè)機(jī)器人的定義一、機(jī)器人的定義國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)定義工業(yè)機(jī)器人為“是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能夠完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)”。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643—90將工業(yè)機(jī)器人定義為“是一種能自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能、多自由度的操作機(jī)，能搬運(yùn)材料、工件或操持工具，用以完成各種作業(yè)”。第四章第一節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.1.2工業(yè)機(jī)器人的組成及分類（一）工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)、控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成圖4-1工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的組成1-操作機(jī)2-控制系統(tǒng)3-驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第四章第一節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.1.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成及分類（二）工業(yè)機(jī)器人的分類按機(jī)械結(jié)構(gòu)類型分類：關(guān)節(jié)型機(jī)器人、球坐標(biāo)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、直角坐標(biāo)型機(jī)器人。（圖4-2a、b、c、d）

按應(yīng)用領(lǐng)域分類：焊接機(jī)器人、裝配機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、切削加工機(jī)器人、檢測(cè)機(jī)器人、挖掘機(jī)器人、水下機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等。按驅(qū)動(dòng)方式分類：電驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)圖4-2機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)類型第四章第一節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.1.3工業(yè)機(jī)器人的主要特征（一）自由度：表示工業(yè)機(jī)器人動(dòng)作靈活程度的參數(shù)。（二）參考坐標(biāo)系：坐標(biāo)系按右手規(guī)則確定。世界坐標(biāo)系X-Y-Z全局參考坐標(biāo)系X0-Y0-Z0關(guān)節(jié)坐標(biāo)系Xi-Yi-Zi工具參考坐標(biāo)系Xm-Ym-Zm圖4-3工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系第四章第一節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.1.3工業(yè)機(jī)器人的主要特征（三）工作空間：根據(jù)機(jī)器人的構(gòu)型、連桿及腕關(guān)節(jié)的大小，機(jī)器人能達(dá)到的點(diǎn)的集合稱為工作空間，工作空間是機(jī)器人關(guān)節(jié)長(zhǎng)度和其構(gòu)型的函數(shù)，規(guī)定機(jī)器人連桿與關(guān)節(jié)的約束條件。（四）機(jī)器人性能指標(biāo)：負(fù)荷能力、運(yùn)動(dòng)范圍、精度、重復(fù)精度、最大工作速度。圖4-4機(jī)器人的工作空間第四章第一節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)進(jìn)入下一節(jié)4.1.4工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)（一）工業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)

確定基本參數(shù)，選擇運(yùn)動(dòng)方式，手臂配置形式，位置檢測(cè)，驅(qū)動(dòng)和控制方式等。然后是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要對(duì)各部件的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行必要的驗(yàn)算。（二）設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟系統(tǒng)分析：分析工作環(huán)境、工作要求技術(shù)設(shè)計(jì)：確定基本參數(shù)、運(yùn)動(dòng)形式及控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)：驅(qū)動(dòng)方式、材料選擇、平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四章第二節(jié)4.2工業(yè)機(jī)器人的基本理論一、工業(yè)機(jī)器人的位姿描述二、工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程三、工業(yè)機(jī)器人的工作空間分析退出返回主頁(yè)四、工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)路徑解析五、工業(yè)機(jī)器人的速度和加速度描述六、工業(yè)機(jī)器人的靜力與動(dòng)力分析七、工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)舉例第四章第二節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.2.1工業(yè)機(jī)器人的位姿描述工業(yè)機(jī)器人的位姿：指其末端執(zhí)行器在指定坐標(biāo)系中的位置和姿態(tài)。（一）位姿描述方法：齊次變換描述剛體B在笛卡爾{A}中的位姿

圖4-5笛卡爾空間剛體描述第四章第二節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.2.1工業(yè)機(jī)器人的位姿描述旋轉(zhuǎn)矩陣可以是繞x軸、y軸或z軸旋轉(zhuǎn)一角度θ，根據(jù)源旋轉(zhuǎn)軸的不同，旋轉(zhuǎn)變換矩陣如下所示：

矢量可以4×4齊次變換矩陣的方式作用于源坐標(biāo)系來(lái)進(jìn)行坐標(biāo)平移運(yùn)算。平移算子用Trans()表示。齊次變換矩陣可由兩種算子表示：第四章第二節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.2.2工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程由已知的各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)變量求出作業(yè)功能的位姿為運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式的正解；由作業(yè)變量求出各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)量為運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式的逆解。二自由度機(jī)械手，其正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為圖4-6二自由度機(jī)械手第四章第二節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.2.2工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程對(duì)于復(fù)雜的多自由度工業(yè)機(jī)器人，通常采用D-H法表示求解機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)。

設(shè)連桿長(zhǎng)度a、扭角α、連桿偏置d以及關(guān)節(jié)角θ坐標(biāo)系變換過(guò)程：（1）繞zi-1軸旋轉(zhuǎn)θi，使得x軸互相平行。（2）沿zi-1軸平移di距離，使得x軸共線。（3）沿xi軸平移ai的距離，使得原點(diǎn)重合。（4）繞xi軸旋轉(zhuǎn)αi的角度，使得z軸對(duì)齊。圖4-7D-H描述法第四章第二節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.2.3工業(yè)機(jī)器人的工作空間分析機(jī)器人的工作空間，可以用運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式求解，還可以用作圖法進(jìn)行解析。確定工作空間的幾何法：采用改變某個(gè)關(guān)節(jié)變量而固定其他關(guān)節(jié)變量的方法，用幾何作圖法可畫出工作空間的部分邊界，然后改變其他關(guān)節(jié)變量，又可得到部分邊界。重復(fù)此方法，可得到完整的工作空間。a)機(jī)器人b）工作空間圖4－8工作空間的圖解法第四章第二節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)4.2.4工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)路徑解析（一）作業(yè)路徑描述方法機(jī)器人在執(zhí)行作業(yè)任務(wù)時(shí)，末端執(zhí)行器的位姿可用一系列節(jié)點(diǎn)來(lái)表示。在直角坐標(biāo)空間中進(jìn)行路徑規(guī)劃的首要問(wèn)題是由Pi結(jié)點(diǎn)和Pi+1所定義的路徑起點(diǎn)和終點(diǎn)之間生成一系列中間點(diǎn)。（二）軌跡規(guī)劃

圖4-10作業(yè)描述圖4-11軌跡規(guī)劃過(guò)程下一頁(yè)第四章第二節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)4.2.5工業(yè)機(jī)器人的速度和加速度描述（一）速度描述雅可比矩陣表示機(jī)構(gòu)部件隨時(shí)間變化的幾何關(guān)系。機(jī)器人雅可比矩陣J(θ)是機(jī)器人關(guān)節(jié)向末端運(yùn)動(dòng)速度傳遞的傳動(dòng)比矩陣。（二）加速度描述

回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)有：移動(dòng)關(guān)節(jié)有：下一頁(yè)第四章第二節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)4.2.6工業(yè)機(jī)器人的靜力與動(dòng)力分析（一）靜力學(xué)分析機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)時(shí)，其末端執(zhí)行器上將作用有工作阻力（力矩），而機(jī)器人中的各驅(qū)動(dòng)器則對(duì)各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)施加驅(qū)動(dòng)力矩，驅(qū)使操作機(jī)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)行機(jī)器人操作機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，往往首先進(jìn)行初步的靜力分析，為操作機(jī)的方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。作用在操作機(jī)上的靜力，是由末端執(zhí)行器開(kāi)始自上編號(hào)桿件向下編號(hào)桿件遞推的。（二）動(dòng)力學(xué)分析動(dòng)力分析常用牛頓歐拉運(yùn)動(dòng)方程式和拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程式兩種方法。下一頁(yè)第四章第二節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)4.2.7工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)舉例（一）正運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)例該平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為

圖4-12SCARA裝配機(jī)器人的坐標(biāo)系下一頁(yè)a)關(guān)節(jié)軸線相互平行b)轉(zhuǎn)角變量,第四章第二節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)4.2.7工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)舉例（二）逆運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)例其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為

圖4-13

斯坦福機(jī)器人下一頁(yè)第四章第二節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)4.2.7工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)舉例（三）動(dòng)力學(xué)實(shí)例圖4-152自由度機(jī)械手下一頁(yè)第四章第三節(jié)4.3工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)設(shè)計(jì)退出返回主頁(yè)第四章第三節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)4.3.1工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)：電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置又可分為直流(DC)、交流(AC)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。速度和位置精度高，能源簡(jiǎn)單，速度變化大，多與減速裝置相聯(lián)。（二）液壓驅(qū)動(dòng):結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，響應(yīng)快，需要增設(shè)液壓源，適合大功率機(jī)器人系統(tǒng)。（三）氣壓驅(qū)動(dòng):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快，難實(shí)現(xiàn)伺服控制，適合中小負(fù)荷機(jī)器人。圖4-17

液壓系統(tǒng)及其組成部件示意圖下一頁(yè)第四章第三節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.3.2工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)設(shè)計(jì)（一）諧波傳動(dòng)減速裝置諧波減速器主要包括剛輪、柔輪、軸承和波發(fā)生器。工作原理：諧波傳動(dòng)工作原理是基于一種變形原理，即通過(guò)柔輪變形時(shí)其徑向位移和切向位移間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力和運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。諧波齒輪傳動(dòng)是靠柔性齒輪(柔輪)所產(chǎn)生的可控彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。圖4-18

諧波齒輪傳動(dòng)嚙合過(guò)程第四章第三節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.3.2工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)比計(jì)算：波發(fā)生器主動(dòng)，剛輪固定，波發(fā)生器與柔輪的傳動(dòng)比波發(fā)生器主動(dòng)，柔輪固定，波發(fā)生器和剛輪的傳動(dòng)比工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用：帶杯形柔輪的諧波傳動(dòng)、帶環(huán)形柔輪的外嚙合復(fù)波式諧波傳動(dòng)和帶環(huán)形柔輪的諧波減速傳動(dòng)。第四章第三節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.3.2工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)設(shè)計(jì)（二）RV傳動(dòng)減速裝置RV減速器包括一個(gè)行星齒輪減速機(jī)的前級(jí)和一個(gè)擺線針輪減速機(jī)的后級(jí)。工作原理：中心輪1作為輸入傳給行星輪2進(jìn)行第一級(jí)減速。行星輪2將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲柄軸3傳給擺線輪4。擺線輪4與針輪5產(chǎn)生繞其回轉(zhuǎn)中心自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此運(yùn)動(dòng)又通過(guò)曲柄軸3傳遞給輸出盤6實(shí)現(xiàn)等速輸出轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)也將通過(guò)曲柄軸3反饋給第一級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)形成運(yùn)動(dòng)封閉。圖4-19RV減速裝置結(jié)構(gòu)圖1-直齒輪2-輸出機(jī)構(gòu)3-外殼4-擺線輪5-法蘭6-曲軸7-輸入軸第四章第三節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.3.2工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)比計(jì)算：工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用：第一級(jí)行星傳動(dòng)比第二級(jí)擺線針輪行星傳動(dòng)比，n6=n4又n3=n2RV減速裝置的傳動(dòng)比應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人手腕關(guān)節(jié)，還應(yīng)用于肩、胳膊等關(guān)節(jié)。圖4-20RV傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖1中心輪2行星輪3曲柄軸4擺線輪5針輪6輸出盤（行星架）第四章第三節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.3.2工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)設(shè)計(jì)（三）其他傳動(dòng)裝置絲杠螺母副及滾珠絲杠傳動(dòng)：絲杠螺母副沖擊小，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲，并且能自鎖。滾珠絲杠傳動(dòng)精度高，靈敏度和平穩(wěn)性好?；钊缀妄X輪齒條傳動(dòng)：齒輪齒條機(jī)構(gòu)是通過(guò)齒條的往復(fù)移動(dòng)，帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，即實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)齒條往復(fù)移動(dòng)的活塞缸可以由壓力油或壓縮空氣驅(qū)動(dòng)。鏈傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)、繩傳動(dòng)：鏈傳動(dòng)具有高的載荷/重量比。同步皮帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)相比重量輕，傳動(dòng)均勻，平穩(wěn)。繩傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的手爪開(kāi)合傳動(dòng)上，特別適合有限行程的運(yùn)動(dòng)傳遞。第四章第四節(jié)4.4工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身二、工業(yè)機(jī)器人的手臂三、工業(yè)機(jī)器人的手腕退出返回主頁(yè)四、工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器五、工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.1工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身工業(yè)機(jī)器人機(jī)身：直接連接、支承和傳動(dòng)手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件。（一）設(shè)計(jì)要求

1）機(jī)身主要有回轉(zhuǎn)機(jī)座和升降機(jī)座兩種，用以實(shí)現(xiàn)手臂的整體回轉(zhuǎn)或升降。

2）要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人工作時(shí)整體的穩(wěn)定性。

3）機(jī)器人的機(jī)身的腰部軸及軸承的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以保證其承載能力。4）特別注意軸系及傳動(dòng)鏈的精度與剛度的保證，以保證末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)精度。第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.1工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身（二）典型結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)與升降型機(jī)身：由機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降機(jī)構(gòu)組成。圖4-22回轉(zhuǎn)升降型機(jī)身結(jié)構(gòu)1—回轉(zhuǎn)缸2—活塞3—花鍵軸4—花鍵軸套5—升降缸圖4-21鏈條鏈輪型回轉(zhuǎn)機(jī)身第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.1工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身：由實(shí)現(xiàn)手臂左右回轉(zhuǎn)和上下俯仰的部件組成。用手臂的俯仰運(yùn)動(dòng)部件代替手臂的升降運(yùn)動(dòng)部件。圖4-23回轉(zhuǎn)與俯仰型機(jī)身結(jié)構(gòu)第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.1工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身移動(dòng)式機(jī)身：在規(guī)定的較大的工作場(chǎng)所完成事先為其規(guī)劃好的工作任務(wù)。分為輪式移動(dòng)機(jī)身、履帶式移動(dòng)機(jī)身和步足移動(dòng)機(jī)身等。自動(dòng)導(dǎo)航車(AGV)：末端執(zhí)行器上裝載貨物，通過(guò)車輪相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)航及控制裝置沿要求的路徑安全自動(dòng)地行駛，將貨物運(yùn)送到作業(yè)站點(diǎn)。圖4-26四輪式移動(dòng)機(jī)身的結(jié)構(gòu)圖4-25三輪式移動(dòng)機(jī)身的結(jié)構(gòu)圖4-24兩輪式移動(dòng)機(jī)身的結(jié)構(gòu)第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.2工業(yè)機(jī)器人的手臂工業(yè)機(jī)器人的手臂：是由關(guān)節(jié)連在一起的許多機(jī)械連桿的集合體。實(shí)質(zhì)上是一個(gè)擬人手臂的空間開(kāi)鏈?zhǔn)綑C(jī)構(gòu)，一端固定在機(jī)身上，另一端連接手腕。（一）設(shè)計(jì)要求

1）使手臂各關(guān)節(jié)軸平行或垂直。

2）機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)尺寸滿足機(jī)器人工作空間要求。

3）選用高強(qiáng)度輕質(zhì)材料并進(jìn)行輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4）各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小。

5）機(jī)器人的手臂相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡。

6）結(jié)構(gòu)上考慮各關(guān)節(jié)的限位開(kāi)關(guān)和具有一定緩沖能力的機(jī)械限位塊。第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.2工業(yè)機(jī)器人的手臂手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：由活塞油（氣）缸、活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)、絲杠螺母機(jī)構(gòu)及活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。圖4-30四導(dǎo)向柱式臂部伸縮機(jī)構(gòu)1—手部2—夾緊缸3—油缸4—導(dǎo)向柱5—運(yùn)行架6—行走車輪7—導(dǎo)軌8—支座（二）典型結(jié)構(gòu)第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.2工業(yè)機(jī)器人的手臂手臂俯仰和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：采用活塞油缸與連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖4-31鉸接活塞缸實(shí)現(xiàn)手臂俯仰運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖1—手部2—夾緊缸3—升降缸4—小臂5、7—擺動(dòng)氣缸6—大臂8—立柱第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.2工業(yè)機(jī)器人的手臂手臂回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu)：由葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈傳達(dá)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)。齒輪齒條機(jī)構(gòu)是通過(guò)齒條的往復(fù)移動(dòng)，帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)。手臂回轉(zhuǎn)和升降機(jī)構(gòu)常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，適用于升降行程短而回轉(zhuǎn)角度小于360°的情況，也有用升降缸與氣動(dòng)馬達(dá)錐齒輪傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)。第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.3工業(yè)機(jī)器人的手腕工業(yè)機(jī)器人手腕：是手臂和末端執(zhí)行器的連接部件，起支承末端執(zhí)行器和改變末端執(zhí)行器空間姿態(tài)的作用。（一）設(shè)計(jì)要求

1）根據(jù)作業(yè)需要來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)器人手腕的自由度數(shù)。

2）減少機(jī)器人手腕重量和體積，結(jié)構(gòu)緊湊。

3）機(jī)器人手腕要與末端執(zhí)行器要有標(biāo)準(zhǔn)的法蘭聯(lián)接，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸。

4）機(jī)器人的手腕機(jī)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度，可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。

5）手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)要有限位開(kāi)關(guān)，以防止超限造成機(jī)械損壞。第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.3工業(yè)機(jī)器人的手腕單自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)手腕：這種腕部結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但最大回轉(zhuǎn)角度小于360°，只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)腕部自由度。圖4-33擺動(dòng)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的手腕1—活塞2、4—油路3、7—進(jìn)（排）油孔5—定片6—?jiǎng)悠ǘ┑湫徒Y(jié)構(gòu)第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.3工業(yè)機(jī)器人的手腕二自由度傳動(dòng)手腕：二自由度手腕可以是由一個(gè)R關(guān)節(jié)和一個(gè)B關(guān)節(jié)組成的BR手腕。圖4-34二自由度手腕圖4-35二自由度遠(yuǎn)距離傳動(dòng)手腕第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.3工業(yè)機(jī)器人的手腕三自由度傳動(dòng)手腕：下圖為齒輪鏈輪傳動(dòng)三自由度手腕原理圖。

圖4-36齒輪鏈輪傳動(dòng)三自由度手腕原理圖1—油缸；2—鏈輪；3、4—錐齒輪；5、6—花鍵軸T；7—傳動(dòng)軸S；8—腕架；9—行星架；10、11、22、24—圓柱齒輪；12、13、14、15、16、17、18、20—錐齒輪；19—擺動(dòng)軸；21、23—雙聯(lián)圓柱齒輪；25—傳動(dòng)軸B第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.4工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器（一）分類和設(shè)計(jì)要求按用途分類：手爪、專用操作器按夾持方式分類：外夾式、內(nèi)撐式和內(nèi)外夾持式。按工作原理分類：夾持類末端執(zhí)行器、吸附類末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)要求：具有滿足作業(yè)需要的足夠的夾持(吸附)力和所需的夾持位置精度。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，重量輕。第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.4工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器（二）機(jī)械式夾持器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)夾鉗式手部：夾鉗式手部根據(jù)手指開(kāi)合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移型。a）平面平行式b）直線往復(fù)式圖4-38平移型夾持器1-驅(qū)動(dòng)器2-驅(qū)動(dòng)元件3-主動(dòng)搖桿4-從動(dòng)搖桿5-手指圖4－37回轉(zhuǎn)型夾持器1-桿2-連桿3-擺動(dòng)鉗爪4-調(diào)整墊片第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.4工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器鉤托式手部：適用于在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)作低速移動(dòng)的搬運(yùn)工作。分為無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置和有驅(qū)動(dòng)裝置兩種。a)無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置

b)有驅(qū)動(dòng)裝置圖4-39鉤托式手部1-齒條2-齒輪3-手指4-銷子5-液壓缸6、7-杠桿手指第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.4工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器彈簧式手部：靠彈簧力的作用將工件夾緊，手部不需要專用的驅(qū)動(dòng)裝置。適于夾持輕小工件。圖4-40彈簧式手部1-工件2-套筒3-彈簧片4-扭簧5-銷釘6-螺母7-螺釘?shù)谒恼碌谒墓?jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.4工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器（三）吸附式末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)氣吸式吸盤：利用吸盤內(nèi)的壓力和大氣壓之間的壓力差而工作。按形成壓力差的原理，分為真空吸附、氣流負(fù)壓氣吸附、擠壓排氣式。真空吸附取料手

圖4-41真空吸附式1-吸盤2-固定環(huán)3-墊片4-支撐桿5-基板6-螺母第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.4工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器氣流負(fù)壓吸附取料手

圖4-42氣流負(fù)壓氣吸附式1-橡膠吸盤2-心套3-通氣螺釘4-支撐桿5-噴嘴6-噴嘴套擠壓排氣式取料手圖4－43排氣擠壓式1-壓蓋2-密封墊3-吸盤4-工件第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.4工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器磁吸附式手部：利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的電磁吸力取料，斷電后磁性吸力消失將工件松開(kāi)。只能對(duì)鐵磁物體起作用。圖4-44電磁工作原理1-線圈2-鐵芯3-銜鐵第四章第四節(jié)退出返回本節(jié)返回主頁(yè)下一頁(yè)4.4.5工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用

機(jī)械制造系統(tǒng)的硬件由許多裝備組成。作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，工業(yè)機(jī)器人要與系統(tǒng)的其它部分（如機(jī)床、輸送帶等）協(xié)調(diào)工作。在滿足作業(yè)需求的同時(shí)，要在不干涉的情況下，優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人與其外圍設(shè)備的空間布局，以減小占地面積，優(yōu)化生成節(jié)拍。工業(yè)機(jī)器人可用于裝配系統(tǒng)、打磨作業(yè)、鉆鉚作業(yè)、增材制造、焊接應(yīng)用系統(tǒng)以及搬運(yùn)作業(yè)中。圖4-45裝