主要內(nèi)容：2.1、工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)設(shè)計：設(shè)計準則、設(shè)計需求及設(shè)計要點；2.2、工業(yè)機器人的傳動系統(tǒng)：三類驅(qū)動方式、驅(qū)動電機、減速機；2.3、工業(yè)機器人的機身與臂部：基座與腰身、臂部機構(gòu)、平衡；2.4、工業(yè)機器人的腕部結(jié)構(gòu)；2.5、工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器（手部）類型與結(jié)構(gòu)；2.6、工業(yè)機器人的移動結(jié)構(gòu)；第2章工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)（1）最小運動慣量原則由于機器人運動部件多，運動狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生沖擊和振動，采用最小運動慣量原則，可增加機器人運動平穩(wěn)性，提高操作機動力學特性。為此，在設(shè)計時應(yīng)注意在滿足強度和剛度的前提下，盡量減小運動部件的質(zhì)量，并注意運動部件對轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心配置。

2.1工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)設(shè)計2.2.1設(shè)計原則

（2）尺度規(guī)劃優(yōu)化原則

當設(shè)計要求滿足一定工作空間要求時，通過尺度優(yōu)化以選定最小的臂桿尺寸，這將有利于機器人剛度的提高，使運動慣量進一步降低。（3）高強度材料選用原則

由于機器人從手腕、小臂、大臂到機座是依次作為負載起作用的，選用高強度材料以減輕零部件的質(zhì)量是十分必要的。（4）剛度設(shè)計的原則

機器人設(shè)計中，剛度是比強度更重要的問題，要使剛度最大，必須恰當?shù)剡x擇桿件剖面形狀和尺寸，提高支承剛度和接觸剛度，合理地安排作用在臂桿上的力和力矩，盡量減少桿件的彎曲變形。2.1工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)設(shè)計2.2.1設(shè)計原則

（5）可靠性原則

機器人操作機因機構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)較多，可靠性問題顯得尤為重要。一般來說，元器件的可靠性應(yīng)高于部件的可靠性，而部件的可靠性應(yīng)高于整機的可靠性。可以通過概率設(shè)計方法設(shè)計出可靠度滿足要求的零件或結(jié)構(gòu)，也可以通過系統(tǒng)可靠性綜合方法評定操作機系統(tǒng)的可靠性。（6）工藝性原則

機器人是一種高精度、高集成度的自動機械系統(tǒng)，良好的加工和裝配工藝性是設(shè)計時要體現(xiàn)的重要原則之一。僅有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計而無良好的工藝性，必然導致機器人性能的降低和成本的提高。2.1工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)設(shè)計2.2.1設(shè)計原則

2.1.2工業(yè)機器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）根據(jù)機器人的使用場合，明確采用機器人的目的和任務(wù)。（2）分析機器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境，包括與己有設(shè)備的兼容性。（3）認真分析系統(tǒng)的工作要求，確定機器人的基本功能和方案。（4）進行必要的調(diào)查研究，搜集國內(nèi)外的有關(guān)技術(shù)資料，進行綜合分析，找出借鑒、選用之處和需要注意的問題。需求分析

技術(shù)設(shè)計1.機器人基本參數(shù)的確定自由度工作范圍承載能力運動速度定位精度等

2.機器人運動形式的選擇

直角坐標型圓柱坐標型極坐標型關(guān)節(jié)型SCARA型確定驅(qū)動方式，選擇運動部件和設(shè)計具體結(jié)構(gòu)，繪制機器人總裝圖及主要零部件圖。3.擬定檢測傳感系統(tǒng)框圖選擇合適的傳感器，以便結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮安裝位置。4.確定控制系統(tǒng)總體方案，繪制框圖選擇機器人的控制方式，確定控制系統(tǒng)類型，設(shè)計計算機控制硬件電路并編制相應(yīng)控制軟件。最后確定控制系統(tǒng)總體方案，繪制出控制系統(tǒng)框圖，并選擇合適的電器元件。5.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2傳動系統(tǒng)用來把驅(qū)動器（Actuators）的運動傳遞到關(guān)節(jié)和動作部位。按實現(xiàn)的運動方式：液壓驅(qū)動氣壓驅(qū)動電氣驅(qū)動

分類：按驅(qū)動方式：3種基本類型直線驅(qū)動機構(gòu)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)2種2.2.1三種驅(qū)動方式液壓驅(qū)動首先提問？1、工作介質(zhì)？2、工作壓力？4、液壓元件的圖形符號？5、直線運動的實現(xiàn)？3、液壓元件的類型？6、旋轉(zhuǎn)運動的實現(xiàn)？典型液壓回路工作介質(zhì)?壓縮空氣（CompressedAir）氣壓驅(qū)動系統(tǒng)壓力?小于0.7MPa典型氣動回路圖摩托車車架焊接機器人工作站氣動系統(tǒng)原理圖電氣驅(qū)動

步進電機（SteppingMotor）直流伺服電機（DCServoMotor）

交流伺服電機（ACServoMotor控制類電機壓電元件(piezoelectricactuator)

形狀記憶合金(shapememoryalloyactuator)

其它新型功能材料新型驅(qū)動元件（一）步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。結(jié)構(gòu)：主要由定子、轉(zhuǎn)子和勵磁繞組三部分組成。定子上有六個磁極，每個磁極上繞有勵磁繞組，每相對的兩個磁極組成一相，分成A、B、C三相。定子和轉(zhuǎn)子均由帶齒的硅鋼片疊成。三相四相五相六相等勵磁相數(shù)通電順序A—B—C—A…，步進電動機正轉(zhuǎn)，如何反轉(zhuǎn)？這種通電方式稱為三相三拍通常的通電方式為三相六拍A—AB—B—BC—C—CA—A…

正轉(zhuǎn)A—AC—C—CB—B—BA—A…

反轉(zhuǎn)可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。轉(zhuǎn)角（度）轉(zhuǎn)速(rpm）f---脈沖頻率（Hz）

N---脈沖數(shù)---步距離計算公式：角度如何控制？速度如何控制？脈沖信號：脈沖信號一般由單片機或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。控制系統(tǒng)組成信號分配和功率放大由驅(qū)動器來完成。舉例這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟型機器人和經(jīng)濟型數(shù)控機床。一般用于開環(huán)系統(tǒng)實際應(yīng)用例子Y3150E型滾齒機的數(shù)控改造---鼓形齒輪加工

洛陽起重機廠數(shù)控系統(tǒng)步進電機桌面式3-D打印---步進電機系統(tǒng)通電線圈與磁場的相互作用產(chǎn)生了伺服電機的轉(zhuǎn)矩定子：磁場—永磁體轉(zhuǎn)子：電樞繞組換向：換向器與碳刷（二）直流伺服電機為了得到連續(xù)的旋轉(zhuǎn)方向,必須隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度不斷改變電流方向,因此,必須有換向器與碳刷。實用中轉(zhuǎn)子上的繞組是由多個線圈連接而成，以減少電動機電磁轉(zhuǎn)矩的波動，繞組形式同發(fā)電機。式中：n--電樞的轉(zhuǎn)速，r/min

U--電樞電壓

Ia--電機電樞電流

Ra--電樞電阻

Ke--電勢系數(shù)

轉(zhuǎn)速公式：改變電樞電壓U，實現(xiàn)直流伺服電機的調(diào)速，常用此方法，調(diào)速范圍較大。直流電機控制—

改變電樞電壓來控制轉(zhuǎn)速PWM控制原理電樞電壓的平均值Ud：Us——電源電壓ton——開關(guān)接通時間T

——開關(guān)接通、斷開時間——占空比優(yōu)點：起動轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速容易控制、效率高。Features:缺點：由于電刷和換向器的存在，其壽命、噪聲等方面存在不足。開發(fā)研制了無刷直流電機（brushless）（三）

交流伺服電機－－BrushlessMotor改變電機的結(jié)構(gòu)–—磁極作轉(zhuǎn)子，線圈作定子。目前，主要應(yīng)用的是永磁式交流同步電機（SynchronousMotor）。結(jié)構(gòu)：定子具有齒槽，內(nèi)裝三相繞組，形狀與普通感應(yīng)電機相同；轉(zhuǎn)子由多塊永久磁鐵和沖片組成。定子轉(zhuǎn)子光電編碼器驅(qū)動器控制的U/V/W三相電，使定子三相繞組通上交流電，產(chǎn)生一個同步轉(zhuǎn)速為ns的旋轉(zhuǎn)磁場。按照同性相斥、異性相吸的原理，定子旋轉(zhuǎn)磁極就要與轉(zhuǎn)子的永磁磁極互相吸引，并帶著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)子也將以ns與旋轉(zhuǎn)磁場一起旋轉(zhuǎn)。工作原理：式中：f—電源頻率；p

—極對數(shù)(2，4，6)；s—轉(zhuǎn)速滑差率。對于異步電機，s≠０；對于同步電機，則s＝０。結(jié)論：交流伺服電機變頻調(diào)速的關(guān)鍵是要獲得可調(diào)頻調(diào)壓的交流電源。交流伺服電機的變頻調(diào)速：需要相當于變頻器(Inverter)功能的電路----放置在控制器中。變頻調(diào)速交-交變頻器（直接式）交-直-交變頻器（間接式）可控硅整流器逆變器整流器逆變器電壓型變頻調(diào)速方案示意圖頻率的調(diào)節(jié)范圍：0～400Hz交流伺服驅(qū)動器的電路構(gòu)成

----由功率逆變電路（交-直-交，同變頻器）控制電路（三環(huán)）、開關(guān)電源和接口電路等部分組成。

交流伺服驅(qū)動器的電路原理矢量控制算法是目前在伺服驅(qū)動器當中應(yīng)用最多最為成熟的一種基本控制算法，該算法以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場為參考坐標系，將定子電流分解為直流和交流兩個分量，直流分量能夠調(diào)節(jié)電機勵磁，而交流分量正比于電機電磁轉(zhuǎn)矩，這樣就實現(xiàn)了電機電磁轉(zhuǎn)矩的解耦控制，從而可以取得像控制直流電機一樣的控制效果。

普遍采用IPM模塊和IGBT模塊來實現(xiàn)逆變?？刂齐娐肥球?qū)動裝置的控制核心，一般由DSP+CPLD(或FPGA)及其外圍電路組成。DSP完成鍵盤掃描、顯示、通信、電流／速度／位置控制、PWM波輸出以及電機控制核心算法等的處理。CPLD(或FPGA)則配合DSP，實現(xiàn)可編程I／O、I/0的點數(shù)擴展以及高頻脈沖信號的處理等工作。當前伺服系統(tǒng)普遍都采用基于矢量控制的電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，其中調(diào)節(jié)器采用傳統(tǒng)的PI控制算法。

伺服電機外圍接線圖交流伺服電機的工作模式位置控制模式速度控制模式轉(zhuǎn)矩控制模式根據(jù)實際需要選擇一種或二種工作模式。當選擇二種工作模式時，需要通過外部開關(guān)來選擇。位置控制模式上位機產(chǎn)生脈沖來控制伺服電機轉(zhuǎn)動。脈沖的數(shù)量決定伺服電機轉(zhuǎn)動的角度（關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的角度或工作臺移動的距離），脈沖的頻率決定電機轉(zhuǎn)速。如機器人關(guān)節(jié)角度控制和數(shù)控機床工作臺位置控制，屬于位置控制模式。速度控制模式模擬量比例調(diào)節(jié)速度。轉(zhuǎn)矩控制模式模擬量比例調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩。由于機器人要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、運動特性好，故希望在同樣功率的情況下，電動機重量要輕、外形尺寸要小。特別是裝在機器人橫臂或立臂內(nèi)部的電動機，重量要盡可能輕，外形尺寸要盡可能小。

交流伺服電動機的選用根據(jù)動力學計算得到的各軸所需的傳動扭矩，除以減速器的減速比，再將傳動鏈的效率，如減速機的效率、軸承的效率和齒輪的效率等考慮進去，并考慮各軸所需的轉(zhuǎn)速（運動耦合因素也要考慮在內(nèi)），就可以選用電動機了。

同時還要注意與交流伺服電動機配置在一起的位置編碼器的選用，并注明電動機是否需要帶制動器等。在選用時要注意，交流伺服電動機的速度是可調(diào)節(jié)的，且在相當大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)電動機輸出的轉(zhuǎn)矩是恒定的，故選用電動機時只要電動機的額定轉(zhuǎn)速大于各軸所需的最高轉(zhuǎn)速就行。故障：電機抱閘失靈交流伺服電機的特點沒有電刷等磨損元件；外形尺寸??；可頻繁起、制動；能在重載下高速運行；加速性能好；能實現(xiàn)動態(tài)控制和平滑運動；控制復(fù)雜，驅(qū)動器參數(shù)需要現(xiàn)場調(diào)整。驅(qū)動控制系統(tǒng)組成半閉環(huán)系統(tǒng)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)：其測量反饋信號是從驅(qū)動裝置（常用伺服電機）或從傳動中端引出的，間接測量運動部件的移動量。誤差補償消除傳動環(huán)節(jié)的誤差，機器人與數(shù)控機床中廣泛應(yīng)用。直接對運動部件的實際位置進行測量，可消除中間傳動環(huán)節(jié)的誤差，位置控制精度高，但檢測傳感器價格高，多用于超精設(shè)備。如鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。全閉環(huán)伺服系統(tǒng)（一）直線驅(qū)動機構(gòu)（LinearDrives）1、機械裝置輪式滾動同步帶

齒輪齒條裝置(RackandPinion)普通絲杠(LeadScrew)滾珠絲杠（BallScrews）2、液壓驅(qū)動3、氣壓驅(qū)動Cylinders2.2.2二種驅(qū)動機構(gòu)（二）旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)（RotaryDrive）1、齒輪鏈(GearTrains)：由兩個或兩個以上的齒輪組成的傳動機構(gòu)。傳動誤差大。2、同步皮帶(TimingBelt)：帶齒的皮帶，teethmoldedintothebelt,flexibility,lowcost。齒輪傳動同步帶傳動3、諧波齒輪減速器（HarmonicDrives）諧波發(fā)生器：通常為橢圓形凸輪。其旋轉(zhuǎn)起來后，會對周圍的薄壁軸承（柔輪）造成周期性的波狀擠壓力。結(jié)構(gòu)：剛輪、柔輪、諧波發(fā)生器三大件

剛輪:剛性的不可形變的內(nèi)齒型齒輪。柔輪:薄殼形元件，具有彈性的外齒型齒輪。隨著內(nèi)部凸輪（波發(fā)生器）轉(zhuǎn)動，薄壁軸承的外環(huán)作橢圓形變形運動（彈性范圍內(nèi)）。剛輪的內(nèi)齒圈柔輪的外齒諧波發(fā)生器裝配好后工作原理：當諧波發(fā)生器裝入柔輪后，迫使柔輪的剖面從原始的圓形變?yōu)闄E圓形。其長軸兩端附近的齒與剛輪的齒完全嚙合；其余不同區(qū)段內(nèi)的齒，有的處于嚙入狀態(tài)，有的處于嚙出狀態(tài)。當諧波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動時，柔輪的變形部位也隨之轉(zhuǎn)動，使柔輪的齒依次進入嚙合，然后再依次退出嚙合，從而實現(xiàn)嚙合傳動。諧波發(fā)生器為主動件，柔輪為從動件，剛輪固定。柔輪和剛輪的齒距相同，但齒數(shù)比剛輪少2個，所以柔輪在嚙合過程中，就必須相對剛輪轉(zhuǎn)過兩個齒距的角位移，這個角位移正是減速器輸出軸的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了減速的目的（剛輪=100，諧波發(fā)生器=50轉(zhuǎn)，柔輪=1轉(zhuǎn)，即諧波發(fā)生器轉(zhuǎn)1圈，柔輪沿反向轉(zhuǎn)2個齒距）。

1.結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕。3.運動精度高和承載能力大。由于多齒嚙合，與相同精度的普通齒輪相比，其運動精度能提高四倍左右。受載能力也大大提高。2.傳動比范圍大。單級諧波減速器傳動比可在50—300之間，優(yōu)選在75—250之間；4.運動平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小。5.齒側(cè)間隙可以調(diào)整。特點：電機與減速器的連接4、RV(Rot-Vector)擺線針輪傳動減速器由漸開線圓柱齒輪行星減速機構(gòu)和擺線針輪行星減速機構(gòu)二部分組成。漸開線行星輪2與曲柄軸3連成一體，作為擺線針輪傳動部分的輸入。是20世紀80年代日本研制用于機器人關(guān)節(jié)的傳動裝置。1是漸開線齒輪，2是雙偏心軸，3是擺線輪，4是針齒。行星輪3個or2個，動力分流3個曲柄軸，偏心180度，安裝擺線輪2個，兩端軸承支撐在端蓋上。2個相同的擺線輪，齒數(shù)比針輪少一個。針輪（固定）輸入軸輸出軸傳動比范圍大

i=31~171運動精度高、回差小、剛度大、抗沖擊能力強體積小、結(jié)構(gòu)緊湊多齒嚙合，承載能力大傳動效率高優(yōu)點：日本Nabtesco公司是目前世界上生產(chǎn)擺線針輪減速器規(guī)模最大的企業(yè)之一。~機器人六個關(guān)節(jié)所用RV減速器的布局

RV減速器具有長期使用不需再加潤滑劑、壽命長、剛度好、減速比大、低振動、高精度、保養(yǎng)便利等優(yōu)點。缺點是重量重，外形尺寸較大。諧波減速器的優(yōu)點是重量較輕，外形尺寸較小，減速比范圍大，精度高，但剛性較差?？偨Y(jié)：機器人上所用的減速器，常見的有RV減速器和諧波減速器。建議：機器人設(shè)計中，一般1、2、3軸均采用RV減速器，4、5、6軸常用諧波減速器。2.3機身和臂部設(shè)計機器人的機械系統(tǒng)通常由機身（含基座）、臂部（含手腕）和手部三大部分組成。基座：整個機械手的支持部分，是安裝動力源、手臂等其它執(zhí)行機構(gòu)部件的支架，主要有固定式和移動式兩種。該部件必須具有足夠的剛度和穩(wěn)定性。具有行走機構(gòu)的工業(yè)機器人過頂軌道安裝

2.3.1機身設(shè)計機身是支承臂部的部件，機座往往與機身做成一體。機身和臂部相連，機身支承臂部，臂部又支承腕部和手部。機身一般實現(xiàn)回轉(zhuǎn)、升降和仰俯等運動，常有1～3個自由度。

如圖：關(guān)節(jié)型機器人，機身的回轉(zhuǎn)運動再加上臂部的平面運動，就能使腕部作空間運動。是執(zhí)行機構(gòu)的關(guān)鍵部件，制造誤差、運動精度和平穩(wěn)性，對機械手的定位精度有決定性的影響。腰關(guān)節(jié)布置方案（a）同軸（b）偏置腰關(guān)節(jié)為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，既承受很大的軸向力、徑向力，又承受傾覆力矩，應(yīng)具有較高的運動精度和剛度。腰關(guān)節(jié)多采用高剛性的RV減速機傳動。為方便走線，常采用中空型RV。腰關(guān)節(jié)布置實例RV減速器的輸出法蘭直接和機器人底座相連，減速器的外殼與腰部回轉(zhuǎn)部件相連，伺服電機的輸出軸通過鍵與RV減速器輸入軸直接相連。機器人腰部回轉(zhuǎn)精度靠RV減速器的回轉(zhuǎn)精度保證。RV減速器內(nèi)部有一對徑向止推球軸承可承受機器人的傾覆力矩，能夠滿足在無腰座軸承時抗顛覆力矩的要求，故可取消腰座軸承。回轉(zhuǎn)與升降機身回轉(zhuǎn)運動在下，升降運動在上鏈條鏈輪傳動實現(xiàn)機身回轉(zhuǎn)的原理圖（a）單桿活塞氣缸

（b）雙桿活塞氣缸

回轉(zhuǎn)與俯仰機身液壓驅(qū)動5DOF關(guān)節(jié)型機器人陳光標秀砸“大奔”三一重工62米混凝土泵車

機身設(shè)計時要注意下列問題

機身驅(qū)動力（力矩）計算（略）要有足夠的剛度、強度和穩(wěn)定性；運動要靈活，升降運動的導向套長度不宜過短，避免發(fā)生卡死現(xiàn)象；驅(qū)動方式要適宜；結(jié)構(gòu)布置要合理。2.3.2臂部設(shè)計臂部：連接機身和腕部，通常由大臂和小臂組成，用以帶動腕部作平面運動。一般具有2個自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)或俯仰。臂部的作用是引導手指準確地抓住工件，并運送到所需要的位置上。在運動時，直接承受腕部、手部和工件（或工具）的靜、動載荷，尤其高速運動時，將產(chǎn)生較大的慣性力（或慣性力矩），引起沖擊，影響定位的準確性。臂部設(shè)計要求：要求手臂應(yīng)具有足夠的承載能力和剛性；導向性要好；質(zhì)量和運動慣量要??；減小偏心力矩的方法：①盡量減小臂部運動部分的質(zhì)量；②使臂部的重心與立柱中心盡量靠近；③采取“配重”的方法來減小和消除偏重力矩。

運動要平穩(wěn)、定位精度要高。影響因素：①慣性沖擊的影響；②定位方法的影響；③結(jié)構(gòu)剛性的影響；④控制及驅(qū)動系統(tǒng)的影響等。平衡機器人手臂的重力矩優(yōu)點如下：如果是噴漆機器人，則便于人工手把手示教。使驅(qū)動器基本上只需克服機器人運動時的慣性力，而忽略重力矩的影響。故可選用體積較小、功耗較小的驅(qū)動器。免除了機器人手臂在自重下落下傷人的危險。在伺服控制中因減少了負載變化的影響，因而可實現(xiàn)更精確的伺服控制。一般機器人1軸為旋轉(zhuǎn)機身，不要平衡；4、5、6軸的手臂往往因重力很小，也不要平衡；要平衡的是2、3軸手臂的重力矩。1）配重平衡機構(gòu)：這種平衡機構(gòu)簡單，平衡效果好，易于調(diào)整，工作可靠，但增加了手臂的慣量和關(guān)節(jié)的負載，適用于不平衡力矩較小的情況。各種重力平衡機構(gòu)

2）彈簧平衡機構(gòu)：

結(jié)構(gòu)簡單，平衡效果也較好，工作可靠，不會增加關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動慣量，適用于中小負載，但平衡范圍較小。

3）液（氣）缸平衡機構(gòu)：液（氣）缸平衡機構(gòu)多用在重載搬運和點焊機器人操作機上。液壓的體積小，平衡力大；氣動的具有很好的阻尼作用，但體積較大。肩、肘關(guān)節(jié)承受很大扭矩（肩關(guān)節(jié)同時承受來自平衡裝置的彎矩）且應(yīng)具有較高的運動精度和剛度。多采用高剛性的RV減速器傳動。肩、肘關(guān)節(jié)的配置肩、肘關(guān)節(jié)電機與減速器同軸肘關(guān)節(jié)電機安裝在小臂上肩關(guān)節(jié)電機與減速器偏置肘關(guān)節(jié)電機與減速器偏置肘關(guān)節(jié)電機安裝在小臂上平行四桿機構(gòu)的肩、肘關(guān)節(jié)（點焊、碼垛）肩關(guān)節(jié)肘關(guān)節(jié)臂部的常用其他結(jié)構(gòu)利用齒輪齒條液壓缸實現(xiàn)手臂作回轉(zhuǎn)運動的結(jié)構(gòu)氣壓傳動的齒輪齒條式增倍機構(gòu)的手臂結(jié)構(gòu)。手臂的行程和速度均為活塞桿3的行程和速度的兩倍。

L軸為肩關(guān)節(jié)：交流伺服電機---RV擺線針輪減速器---大臂相對于腰部擺動。U軸為肘關(guān)節(jié)：交流伺服電機---RV擺線針輪傳動減速器---小臂相對于大臂擺動。

S軸為腰關(guān)節(jié)：交流伺服電機---RV擺線針輪傳動減速器---機身回轉(zhuǎn)運動。MOTOMAN-SV3X機器人的機身與臂部電機減速器安裝在機器人底座內(nèi)部電機與減速器殼連成一體，并與轉(zhuǎn)動體連接。減速器輸出盤與底座連接當電機轉(zhuǎn)動，由于輸出盤不動，迫使電機減速器帶動轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)體與固定底座間用推力向心交叉短園柱滾子軸承。兩個極限開關(guān)及死擋鐵限制其極限位置。S軸結(jié)構(gòu)圖左側(cè)為L軸電動機機器人小臂下端左側(cè)與減速器輸出盤連接右側(cè)固連的小軸通過軸承支承在U軸連桿內(nèi)減速器裝在旋轉(zhuǎn)體上極限位置安裝極限擋塊圖右側(cè)為U軸電動機減速器輸出轉(zhuǎn)盤與連桿連接下臂、上臂、拉桿和連桿構(gòu)成平行四邊形機構(gòu)鉸鏈中用園錐滾子軸承用悶蓋調(diào)整軸承間隙、并密封L軸和U軸結(jié)構(gòu)采用有限元、模態(tài)分析和仿真設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法；采用新的高強度輕質(zhì)材料，進一步提高機器人結(jié)構(gòu)的負載/自重比，使機器人機構(gòu)進一步緊湊，速度和范圍指標進一步提高；將并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開鏈結(jié)構(gòu)，拓展了機器人的工作范圍，如德國KUKA公司的機器人；機器人機構(gòu)向模塊化，可重構(gòu)方向發(fā)展，伺服電機、減速器和檢測系統(tǒng)三位一體化，形成關(guān)節(jié)模塊，將關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊用重組的方式構(gòu)造整機，從而實現(xiàn)機器人本體的模塊化．采用RV減速器和交流伺服系統(tǒng)，使機器人本體幾乎成為免維護系統(tǒng)．機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展方向2.4腕部設(shè)計（WristDesign）腕部用來連接操作機手臂和末端執(zhí)行器，并決定末端執(zhí)行器在空間里的姿態(tài)。腕部一般應(yīng)有2～3個DOF，結(jié)構(gòu)要緊湊，質(zhì)量較小，各運動軸采用獨立傳動。手腕的DOF

2.4.1腕部的作用與DOF單自由度

2.4.2手腕的分類

按自由度數(shù)目：可分為單自由度手腕，二自由度手腕，三自由度手腕。二自由度

三自由度

第四種(RBR型)結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛，它適應(yīng)于各種工作場合。其次是3R型的手腕結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用在噴涂行業(yè)等。其他結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍相對較窄。

PUMA262型機器人的手腕采用了RRR結(jié)構(gòu)形式，MOTOMANSV3型機器人的手腕采用了RBR結(jié)構(gòu)形式。仿人手腕應(yīng)用的最多Euler腕關(guān)節(jié)的特色在于給定第四軸和第五軸一定角度后(J4，J5)，可將安裝腕關(guān)節(jié)上之手指向任意方向，再給定第六軸角度可調(diào)整手的姿態(tài)，如Fig所示。

RBR結(jié)構(gòu)形式的手腕的特點三個軸中心相交于一點，與Euler角旋轉(zhuǎn)的定義相同（ZYZ），又稱為Euler腕關(guān)節(jié)。對小負載機器人，5、6關(guān)節(jié)電機一般配置在小臂內(nèi)部，5、6關(guān)節(jié)傳動鏈之間有交叉耦合。4、5、6關(guān)節(jié)電機配置小臂前段用兩圓錐滾子軸承支承于后段內(nèi)；電機及減速器裝于后段內(nèi)，輸出轉(zhuǎn)盤與小臂前段連接；調(diào)節(jié)螺母用來調(diào)整軸承間隙。4關(guān)節(jié)（R軸）的典型結(jié)構(gòu)前段后段電機軸承B軸：◆B軸電機裝于小臂前段內(nèi)部◆手腕用一對園錐滾子軸承支承在小臂前部◆B軸電機—錐齒輪—同步齒形帶—諧波減速器—手腕◆錐齒輪軸和B軸由向心球軸承支承T軸：◆T軸電機—錐齒輪—同步齒形帶—錐齒輪—諧波減速器—手腕◆手腕軸由一對圓錐滾子軸承支承在手腕體內(nèi)◆手腕法蘭連接未端執(zhí)行器5、6關(guān)節(jié)（B軸、T軸）的典型結(jié)構(gòu)B軸和T軸結(jié)構(gòu)B軸電機T軸電機腕部關(guān)節(jié)用到了兩個諧波減速器,兩個同步齒型帶傳動輸入,中間還用到了一對錐齒輪副傳動。B軸T軸對大負載機器人，考慮平衡問題。4、5、6關(guān)節(jié)電機一般配置在肘關(guān)節(jié)附近，即小臂的后端。4、5、6關(guān)節(jié)傳動鏈之間有交叉耦合。Funac機器人Kuka機器人手腕三電機后置傳動鏈。R4是中空型，安裝在小臂的左段底部，省略了各軸的支撐軸承。誘導運動？4軸5軸6軸匯交型和偏交型兩種結(jié)構(gòu)3R手腕的典型結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在噴涂行業(yè)減少噴涂系統(tǒng)中空壓機到機器人之間的輔助壓縮空氣管道杜絕噴槍軟管和噴涂對象之間干涉減少附著在軟管上的涂料的滴落中空3R手腕結(jié)構(gòu)整車噴涂車燈噴涂擺動油缸工作原理

手腕的其他幾種結(jié)構(gòu)

T軸的軸線與B軸垂直，由交流伺服電機---諧波齒輪減速器--法蘭盤(末端執(zhí)行器機械接口單元)繞T軸轉(zhuǎn)動。驅(qū)動電機直接安裝在腕部。末端執(zhí)行器通過法蘭盤，安裝在機械手末端。MOTOMAN-SV3X機器人的腕部結(jié)構(gòu)R軸、B軸和T軸組成腕關(guān)節(jié)R軸：小臂中心線為軸線，由交流伺服電機---齒形帶---RV減速器---小臂繞R軸旋轉(zhuǎn)。其中為了減小轉(zhuǎn)動慣量，電機安裝在肘關(guān)節(jié)處，即和L軸的電機交錯安裝。B軸的軸線和R軸軸線垂直，由交流伺服電機---齒形帶---諧波齒輪減速器---驅(qū)動腕關(guān)節(jié)作俯仰運動。交流伺服電機安裝在小臂內(nèi)部末端。R軸圖Motoman機器人的R、B、T軸B軸T軸問題：為什么一般情況下將減速器配置在關(guān)節(jié)傳動鏈的最末端？減小細長軸（或套管）及有關(guān)傳動齒輪的傳遞扭矩;

有利于減小輸出軸轉(zhuǎn)角誤差(末端減速器對前端傳動鏈的轉(zhuǎn)角誤差有均化作用)。轉(zhuǎn)角誤差的來源？1、細長軸扭轉(zhuǎn)角2、齒輪齒側(cè)間隙造成的回差J4、J5和J6:3軸軸線相交于一點；J2軸線前置；J3和J4軸線十字垂直，而不是平行，因J4軸電機要盡量后移。總結(jié)：目前各大工業(yè)機器人廠商提供的6軸關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)從外觀上看大同小異，相差不大，從本質(zhì)上來說，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該都是一致的，結(jié)構(gòu)特點如下：J1、J2和J3：3個基本軸---位置J4、J5和J6：3個輔助軸---姿態(tài)J1、J4和J6：3個回轉(zhuǎn)軸J2、J3和J5：3個擺動軸J1、