《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ) 》課件-第三章 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)智能制造學(xué)院復(fù)習(xí)內(nèi)容：工業(yè)機(jī)器人由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的“感知器官”，類(lèi)似人的五官，負(fù)責(zé)檢測(cè)和收集機(jī)器人自身狀態(tài)信息（機(jī)器人的位置、姿態(tài)、速度等信息）和周?chē)h(huán)境信息（物體位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、距離等），轉(zhuǎn)換成可處理的數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的“大腦”，負(fù)責(zé)接收感知系統(tǒng)的信息，根據(jù)預(yù)設(shè)的程序和算法，對(duì)信息進(jìn)行處理，通過(guò)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，如運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作時(shí)間等。機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，決定了機(jī)器人的外形及基本運(yùn)動(dòng)形態(tài)。機(jī)械部分通常由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)座、腰部、臂部、腕部、末端執(zhí)行器組成，有的工業(yè)機(jī)器人還具備行走系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力來(lái)源，負(fù)責(zé)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)械部分運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)指定操作。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常由驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置等組成，通常采用電氣、液壓、氣壓驅(qū)動(dòng)方式或是幾種方式的結(jié)合，根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的驅(qū)動(dòng)方式。復(fù)習(xí)內(nèi)容：第三章工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)目錄CONTENTS

3.1工業(yè)機(jī)器人機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)3.2工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

3.3工業(yè)機(jī)器人臂部3.4工業(yè)機(jī)器人腕部3.5工業(yè)機(jī)器人手部/末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)：機(jī)身又稱(chēng)機(jī)座，是整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的支持部分，具有一定的剛度和穩(wěn)定性。機(jī)身有固定式和移動(dòng)式兩類(lèi)，若機(jī)身不具備行走功能，則構(gòu)成固定式機(jī)器人；若機(jī)身具備移動(dòng)機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成移動(dòng)式機(jī)器人。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：包括各種驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、齒輪、軸承、傳動(dòng)皮帶等部件組成。臂部：手臂一般由大臂、小臂（或多臂）所組成，用來(lái)支撐腕部和手部，實(shí)現(xiàn)較大運(yùn)動(dòng)范圍。手腕：腕部位于工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器和臂部之間，腕部主要幫助手部呈現(xiàn)期望的姿態(tài)，擴(kuò)大臂部運(yùn)動(dòng)范圍。手部：手部又稱(chēng)為末端執(zhí)行器，是工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的工具，一般安裝于工業(yè)機(jī)器人末端法蘭上。根據(jù)應(yīng)用功能不同，手部可以分為夾持式、吸附式、專(zhuān)用手部工具和仿生多指靈活手等多種形式。3.1工業(yè)機(jī)器人機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)01PART

ONE3.1.1工業(yè)機(jī)器人固定式機(jī)身工業(yè)機(jī)器人機(jī)身（機(jī)座）是機(jī)器人的基本組成部分，具有支承作用。工業(yè)機(jī)器人機(jī)身（機(jī)座）有固定式和行走式兩種，工業(yè)機(jī)器人固定式機(jī)身結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，安裝方式可分為三種形式：工業(yè)機(jī)器人機(jī)身直接安裝在地面上，用高強(qiáng)度螺栓固定機(jī)器人機(jī)身，使之能夠承受機(jī)器人手臂傳遞過(guò)來(lái)的反作用力；工業(yè)機(jī)器人機(jī)身用高強(qiáng)度螺栓安裝在操作臺(tái)上，操作臺(tái)固定在地面使工業(yè)機(jī)器人在指定工位上作業(yè)；工業(yè)機(jī)器人機(jī)身用底板及化學(xué)制劑安裝在地面、倒掛在橫梁或者側(cè)掛在墻體上，以便于在最佳角度進(jìn)入作業(yè)狀態(tài)。固定軌跡式行走機(jī)身無(wú)固定軌跡行走機(jī)身VS工業(yè)機(jī)器人機(jī)身及底座安裝在可移動(dòng)的操作臺(tái)或者托板座上，根據(jù)提前設(shè)定好的移動(dòng)軌跡在作業(yè)過(guò)程中進(jìn)行移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的位置。這種機(jī)器人主要應(yīng)用在作業(yè)區(qū)域大的場(chǎng)合，比如大型設(shè)備裝配，立體倉(cāng)庫(kù)中材料搬運(yùn)、材料碼垛、大面積噴涂等等。無(wú)固定軌跡行走機(jī)身又分輪式行走機(jī)身、履帶式行走機(jī)身和足式行走機(jī)身，近年隨著AI技術(shù)的不斷進(jìn)步，又出現(xiàn)了蠕動(dòng)式、蛇形式、混合式等多種行走機(jī)身。工業(yè)機(jī)器人的行走機(jī)身根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡分為固定軌跡式行走機(jī)身和無(wú)固定軌跡行走機(jī)身：3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身輪式行走機(jī)身輪式行走機(jī)身是最常見(jiàn)的機(jī)器人行走機(jī)身之一，它采用輪子作為行走的主要方式。輪式行走機(jī)身通常由一輪、兩輪、三輪、四輪以及多輪行走機(jī)構(gòu)組成，可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等運(yùn)動(dòng)。3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身三輪式行走機(jī)身具有一定的穩(wěn)定性，最常見(jiàn)的車(chē)輪配置是一個(gè)前輪和兩個(gè)后輪，如圖所示。（a）圖為兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，前輪僅起支承作用，靠后輪的轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；（b）圖為采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪轉(zhuǎn)向的方式；（c）圖為利用兩后輪差動(dòng)減速器驅(qū)動(dòng)，前輪轉(zhuǎn)向的方式。三輪式行走機(jī)身：（a）兩個(gè)后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)（b）前輪驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向（c）后輪差動(dòng)/前輪轉(zhuǎn)向3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身四輪行走機(jī)身可采用不同的方式實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向。如圖（a）所示為后輪分散驅(qū)動(dòng)；（b）所示為四輪同步轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，當(dāng)前輪轉(zhuǎn)向時(shí)，通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)使后輪得到相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)，這種轉(zhuǎn)向機(jī)械相比僅有前輪轉(zhuǎn)向的車(chē)輛可實(shí)現(xiàn)更小的轉(zhuǎn)向回轉(zhuǎn)半徑。四輪行走機(jī)身的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性有很大提高。但是，要保證4個(gè)輪子同時(shí)和地面接觸，必須使用特殊的輪系懸掛系統(tǒng)。它需要4個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，控制系統(tǒng)也比較復(fù)雜，造價(jià)也較高。機(jī)器人可以根據(jù)需要讓4個(gè)車(chē)輪呈橫向、縱向或同心方向行走，可以增加機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性。。四輪行走機(jī)身：(a)后輪分散驅(qū)動(dòng)(b)四輪同步轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身多輪行走機(jī)身：多輪行走機(jī)身的設(shè)計(jì)解決了地面崎嶇不平及爬樓梯時(shí)，機(jī)器人穩(wěn)定性的能力，如圖所示。3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身“玉兔”月球車(chē)車(chē)輪：2013年我國(guó)自主研發(fā)的“玉兔”月球車(chē)如圖3-9所示，車(chē)輪是鏤空金屬帶輪，鏤空是為了減少揚(yáng)塵?！坝裢谩陛喿虞棗l采用鈦合金，篩網(wǎng)用金屬絲編制，在保持高強(qiáng)度和抓地力的同時(shí)，減輕了輪子的重量?！坝裢谩痹虑蜍?chē)是由6個(gè)獨(dú)立的搖臂作為每個(gè)車(chē)輪的支撐，每個(gè)車(chē)輪可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、獨(dú)立旋轉(zhuǎn)、獨(dú)立伸縮?！坝裢谩痹虑蜍?chē)可以憑借6個(gè)輪子實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、原地轉(zhuǎn)向、行進(jìn)間轉(zhuǎn)向、20°爬坡、20cm越障等。玉兔號(hào)月球車(chē)已于2016年7月31日晚超額完成任務(wù)并停止工作，在月球上生存工作了972天。3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身履帶式行走機(jī)身的機(jī)器人具有牽引力大、不易打滑、越野性能好等優(yōu)點(diǎn)，可以搭載攝像頭、探測(cè)器等設(shè)備代替人類(lèi)從事一些危險(xiǎn)工作（如排爆、化學(xué)探測(cè)等），減少不必要的人員傷亡。履帶式行走機(jī)身由履帶、驅(qū)動(dòng)鏈輪、支承輪、托帶輪和張緊輪(導(dǎo)向輪)組成，如圖所示。履帶式行走機(jī)身：3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身履帶式行走機(jī)身根據(jù)形狀可分為一字形和倒梯形，如圖3-11所示。圖3-11（a）所示為一字形履帶式行走機(jī)身，驅(qū)動(dòng)輪及張緊輪兼做支承輪，增大支承地面面積，改善了穩(wěn)定性，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪只略微高于地面。圖3-11（b）所示為倒梯形履帶式行走機(jī)身，不做支承輪的驅(qū)動(dòng)輪與張緊輪裝得高于地面，鏈條引入引出時(shí)角度達(dá)50°，其好處是適合于穿越障礙，另外因?yàn)闇p少了泥土夾入引起的磨損和失效，可以延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)輪和張緊輪的壽命。履帶式行走機(jī)身：(a)一字形履帶式行走機(jī)身

(b)倒梯形履帶式行走機(jī)身3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身車(chē)輪式行走機(jī)身只有在平坦、堅(jiān)硬的地面上行駛才有理想的運(yùn)動(dòng)特性，若地面凸凹程度與車(chē)輪直徑相當(dāng)或地面很軟，則機(jī)器人運(yùn)動(dòng)阻力將增大，履帶式行走機(jī)身雖然可在高低不平的地面上運(yùn)動(dòng)，但它的適應(yīng)性不夠，行走時(shí)穩(wěn)定性較差，在松軟地面上行駛速度較慢。根據(jù)調(diào)查，地球表面有近一半的地面不適合傳統(tǒng)的輪式或履帶式機(jī)器人行走。但足式行走方式可以在這樣地面行動(dòng)自如，顯然足式行動(dòng)機(jī)身與輪式行走機(jī)身和履帶式行走機(jī)身相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)有的足式機(jī)器人如圖3-12所示，根據(jù)足數(shù)可分為單足、雙足、三足、四足、六足、八足甚至更多足數(shù)的機(jī)器人。多足機(jī)器人的穩(wěn)定性好，并且承載的重量也較大

足式行走機(jī)身：圖3-12單足、雙足、三足、四足、六足行走機(jī)身機(jī)器人(a)單足行走機(jī)身機(jī)器人(b)雙足行走機(jī)身機(jī)器人(c)三足行走機(jī)身機(jī)器人(d)四足行走機(jī)身機(jī)器人(b)六足行走機(jī)身機(jī)器人3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身

不同足數(shù)行走式機(jī)器人行走能力比較足數(shù)保持穩(wěn)定姿態(tài)的能力靜態(tài)穩(wěn)定行走的能力高速靜態(tài)穩(wěn)定行走的能力動(dòng)態(tài)穩(wěn)定行走的能力用自由度數(shù)衡量的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性1無(wú)無(wú)無(wú)有最好2無(wú)無(wú)無(wú)有最好3好無(wú)無(wú)最好好4最好好有最好好5最好最好好最好好6最好最好最好好一般7最好最好最好好一般8最好最好最好好一般3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身兩足步行式機(jī)器人具有最好的適應(yīng)性，也最接近人類(lèi)，故也稱(chēng)為類(lèi)人雙足行走機(jī)器人。類(lèi)人雙足行走機(jī)身是多自由度的控制系統(tǒng)如圖3-13所示，是現(xiàn)代控制理論很好的應(yīng)用對(duì)象。這種機(jī)身除結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單外，在保證靜、動(dòng)行走性能及穩(wěn)定性和高速運(yùn)動(dòng)等方面都是最困難的。

足式行走機(jī)身：圖3-13雙足行走式機(jī)器人原理圖3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身

足式行走機(jī)身：圖3-14六足行走式機(jī)器人四足機(jī)器人在靜止?fàn)顟B(tài)是穩(wěn)定的。在步行時(shí)，當(dāng)一只腳抬起，另三只腳支承自重時(shí)，必須移動(dòng)身體，讓重心落在三只腳接地點(diǎn)所組成的三角形內(nèi)。在設(shè)計(jì)階段，靜平衡機(jī)器人的物理特性和行走方式都經(jīng)過(guò)認(rèn)真協(xié)調(diào)，因此在行走時(shí)不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重偏離平衡位置的現(xiàn)象。為了保持靜平衡，機(jī)器人需要仔細(xì)考慮足的配置。保證至少同時(shí)有三個(gè)足著地來(lái)保持平衡，也可以采用大的機(jī)器足，使機(jī)器人重心始終落在接觸地面的足上，易于控制平衡。六足行走式機(jī)器人如圖3-14所示，由于行走時(shí)可保證至少有三足同時(shí)支承機(jī)體，在行走時(shí)三足為一組，足端以固定時(shí)間間隔、相同位移移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)XY平面內(nèi)任意方向行走或原地轉(zhuǎn)動(dòng)，也更容易得到穩(wěn)定的重心。3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身

特殊移動(dòng)機(jī)身：一些特殊場(chǎng)合也可以實(shí)現(xiàn)輪足混合使用，如圖3-15所示。例如：蛇形機(jī)器人可以在狹小的空間中穿行，具有極高的靈活性和適應(yīng)性，一般由多個(gè)電動(dòng)機(jī)控制連桿和關(guān)節(jié)組成，可以實(shí)現(xiàn)自由扭曲和拉伸，用于探測(cè)隱蔽空間和救援等領(lǐng)域；飛行器移動(dòng)機(jī)身通常包括固定翼、旋翼和推進(jìn)器等，可以實(shí)現(xiàn)在空中的自由運(yùn)動(dòng)；水下靠類(lèi)魚(yú)尾一樣的部件擺動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)的機(jī)器人，進(jìn)行水下勘探等等。3.1.2工業(yè)機(jī)器人行走式機(jī)身

3.2工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)02PART

TWO3.2工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人中的減速器類(lèi)似于工業(yè)機(jī)器人的“肌腱”，減速器連接著工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是保證工業(yè)機(jī)器人能夠精準(zhǔn)到達(dá)目標(biāo)位置的核心部件。減速器：每個(gè)關(guān)節(jié)都要用到不同的減速機(jī)產(chǎn)品第一梯隊(duì)德國(guó)SEW、弗蘭德等外資品牌，占據(jù)國(guó)內(nèi)高端市場(chǎng)。其零部件自制率高，并且會(huì)外采全球頂級(jí)標(biāo)準(zhǔn)件，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)；內(nèi)資領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，主要占據(jù)中端市場(chǎng)，例如萬(wàn)里揚(yáng)、秦川機(jī)床、巨輪智能、聯(lián)誠(chéng)精密等公司。第二梯隊(duì)企業(yè)外采國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，產(chǎn)品應(yīng)用于某幾個(gè)特定行業(yè)；內(nèi)資小品牌，主要占據(jù)國(guó)內(nèi)中低端市場(chǎng)，數(shù)量較多，零部件和標(biāo)準(zhǔn)件均需要外采。3.2工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)第三梯隊(duì)第二梯隊(duì)國(guó)內(nèi)減速器市場(chǎng)現(xiàn)狀：工業(yè)機(jī)器人中的減速器需要具有傳動(dòng)鏈短、體積小、功率大、重量輕和容易控制等相關(guān)特點(diǎn)。3.2工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人中的減速器特點(diǎn)：諧波減速器：諧波減速器放置在小臂、腕部和手部等輕負(fù)載的位置。RV減速器：RV減速器一般放置在工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身、大臂、肩部等重負(fù)載的位置；擺線(xiàn)針輪減速器：關(guān)節(jié)機(jī)器人主要采用諧波減速器和RV減速器。工業(yè)機(jī)器人中減速器分類(lèi)：諧波減速器通常采用波發(fā)生器主動(dòng)、剛輪固定、柔輪輸出形式；通常波發(fā)生器為原動(dòng)體，柔輪和剛輪之一為從動(dòng)體，另一個(gè)為固定件。波發(fā)生器由一個(gè)橢圓盤(pán)和一個(gè)柔性球軸承組成，或者由一個(gè)兩端均帶有滾子的轉(zhuǎn)臂組成。剛輪是一個(gè)剛性的內(nèi)齒輪；柔輪是一個(gè)容易變形的薄壁圓筒外齒輪，它們一同具有三角形（或漸開(kāi)線(xiàn)）的齒形，且兩者的周節(jié)相等，但剛輪比柔輪多幾個(gè)齒3.2.1

諧波減速器OPTION02OPTION01OPTION03承載能力高：諧波傳動(dòng)中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時(shí)嚙合齒數(shù)（重疊系數(shù)）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動(dòng)形式高；傳動(dòng)比大：?jiǎn)渭?jí)諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比在50~300之間，優(yōu)選在75~250之間；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕；傳動(dòng)效率高、壽命長(zhǎng)；傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)沖擊，無(wú)噪音，運(yùn)動(dòng)精度高；由于柔輪承受較大的交變載荷，因而對(duì)柔輪材料的抗疲勞強(qiáng)度、加工和熱處理要求較高，工藝復(fù)雜。諧波減速器的特點(diǎn)：3.2.1

諧波減速器柔輪周期性地發(fā)生變形，因而產(chǎn)生交變應(yīng)力，使之易于產(chǎn)生疲勞破壞；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和起動(dòng)力矩大，不宜用于小功率的跟蹤傳動(dòng)；不能用于傳動(dòng)速比小于35的場(chǎng)合；采用滾子波發(fā)生器(自由變形波)的諧波傳動(dòng)，其瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常數(shù)；散熱條件差。諧波減速器的缺點(diǎn)：諧波齒輪減速器按其機(jī)械波數(shù)目的多少可分為：?jiǎn)尾ā㈦p波及三波，其中最常用的是雙波傳達(dá)。在諧波傳動(dòng)中，剛輪與柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于機(jī)械波數(shù)的整數(shù)倍，通常取其等于波數(shù)。3.2.1

諧波減速器諧波減速器工作原理：3.2.1

諧波減速器剛輪固定-柔輪輸出剛輪固定不變，以波發(fā)生器為主動(dòng)件，柔輪為從動(dòng)件，如圖(a)所示。該輸出形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比范圍較大、效率較高、應(yīng)用廣泛，傳動(dòng)比i=75~500。諧波減速器的傳動(dòng)形式：波發(fā)生器固定-剛輪輸出柔輪主動(dòng)，單級(jí)微小減速，如圖(c)所示。該輸出形式傳動(dòng)比準(zhǔn)確，適用于高精度微調(diào)傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)比i=1.002~1.015。柔輪固定-剛輪輸出波發(fā)生器主動(dòng)，單級(jí)減速，如圖(b)所示。該輸出形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比范圍較大、效率較高，可用于中小型減速器，傳動(dòng)比i=75~500。3.2.1

諧波減速器諧波減速器的應(yīng)用領(lǐng)域：諧波減速器在航空、航天、工業(yè)機(jī)器人、航海、造船、仿生機(jī)械、常用軍械、機(jī)床、儀表、電子設(shè)備、礦山冶金、交通運(yùn)輸、起重機(jī)械、石油化工機(jī)械、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，特別是在高動(dòng)態(tài)性能的伺服系統(tǒng)中，采用諧波齒輪傳動(dòng)更顯示出其優(yōu)越性。3.2.1

諧波減速器3.2.2工業(yè)機(jī)器人的RV減速器工業(yè)機(jī)器人中的RV減速器結(jié)構(gòu)如圖所示，核心部件是一個(gè)柔性齒輪，由于齒輪材質(zhì)的特殊性質(zhì)，其可以將輸入軸的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為輸出軸的低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。RV減速器的輸出軸與輸入軸垂直，因此也被稱(chēng)為垂直減速器。RV減速器存在的缺陷：承載能力不足，RV減速器中絕大多數(shù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是滾動(dòng)傳動(dòng)，但是針齒和針齒殼正齒輪和輸入齒輪之間是例外，其實(shí)際表現(xiàn)為滑動(dòng)摩擦為主，受力磨損情況和滑動(dòng)軸承類(lèi)似，滑動(dòng)軸承主要適用工況是高速輕載，因此限制了其承載能力。實(shí)際工況中RV減速器需要反復(fù)的精確定位，也就是不斷的啟動(dòng)和剎車(chē)，為了保持一定精度不衰減，延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)正齒輪和輸入齒輪以及外殼的加工精度、材料和工藝都有相當(dāng)高的要求。這也是精密RV減速器較難生產(chǎn)的重要原因之一。3.2.2工業(yè)機(jī)器人的RV減速器RV減速器優(yōu)勢(shì)：RV減速器相比機(jī)器人中常用的諧波傳動(dòng)減速器具有高得多的抗疲勞強(qiáng)度、剛度和使用壽命，回差誤差小。諧波傳動(dòng)減速器隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)精度會(huì)顯著降低，故世界上許多國(guó)家高精度機(jī)器人傳動(dòng)多采用RV減速器。因此，該種RV減速器在先進(jìn)機(jī)器人傳動(dòng)中有逐漸取代諧波減速器的發(fā)展趨勢(shì)。3.2.2工業(yè)機(jī)器人的RV減速器3.3工業(yè)機(jī)器人臂部03PART

THREE3.3.1工業(yè)機(jī)器人臂部組成及分類(lèi)機(jī)器人的臂部又稱(chēng)手臂，是機(jī)器人連接機(jī)身和手腕的部件。在6自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人中多由大臂、小臂（或多臂）構(gòu)成。工業(yè)機(jī)器人的手臂是主要的執(zhí)行部件，它的主要作用是支撐腕部和手部，并將被抓取的工件運(yùn)送到指定位置上。機(jī)器人的臂部主要包括臂桿及與其伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向定位裝置、支撐聯(lián)接和位置檢測(cè)元件等。此外，還有與之連接的支承等有關(guān)構(gòu)件、配線(xiàn)配管。根據(jù)臂部的運(yùn)動(dòng)和布局、驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)和導(dǎo)向裝置的不同可分為：伸縮型臂部結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮型臂部結(jié)構(gòu)，屈伸型臂部結(jié)構(gòu)和其他專(zhuān)用的機(jī)械傳動(dòng)臂部結(jié)構(gòu)。臂部按手臂的結(jié)構(gòu)形式，可分為單臂式臂部結(jié)構(gòu)、雙臂式臂部結(jié)構(gòu)和懸掛式臂部結(jié)構(gòu)等三類(lèi)。臂部按手臂的運(yùn)動(dòng)形式，可分為垂直運(yùn)動(dòng)型臂部結(jié)構(gòu)、徑向移動(dòng)臂部結(jié)構(gòu)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臂部結(jié)構(gòu)三類(lèi)。

工業(yè)機(jī)器人臂部運(yùn)動(dòng)：機(jī)器人要完成空間的運(yùn)動(dòng)，至少需要三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，即垂直移動(dòng)、徑向移動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。垂直運(yùn)動(dòng)垂直運(yùn)動(dòng)是指機(jī)器人手臂的上下、橫向（或縱向）運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)通常采用液壓缸機(jī)構(gòu)或通過(guò)調(diào)整機(jī)器人機(jī)身在垂直方向上的安裝位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。徑向移動(dòng)徑向移動(dòng)是指手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人手臂的伸縮使其手臂的工作范圍發(fā)生變化?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是指機(jī)器人繞鉛垂軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)決定了機(jī)器人的手臂所能達(dá)到的角度位置。3.3.2工業(yè)機(jī)器人臂部運(yùn)動(dòng)

機(jī)器人的機(jī)械臂是由數(shù)個(gè)剛性桿體和旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的關(guān)節(jié)連接而成的，它是一個(gè)開(kāi)環(huán)關(guān)節(jié)鏈，開(kāi)環(huán)關(guān)節(jié)鏈的一端固接在機(jī)身（基座）上，另一端是自由的，安裝著末端執(zhí)行器（如焊槍?zhuān)跈C(jī)器人工作時(shí)，機(jī)器人機(jī)械臂前端的末端執(zhí)行器必須與被加工工件處于相適應(yīng)的位置和姿態(tài)，而這些位置和姿態(tài)是由若干個(gè)臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)所合成的。工業(yè)機(jī)器人臂部配置方式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中，必須知道機(jī)械臂各關(guān)節(jié)變量空間和末端執(zhí)行器的位置與姿態(tài)之間的關(guān)系，這就是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。一臺(tái)機(jī)器人機(jī)械臂的幾何結(jié)構(gòu)確定后，其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型即可確定，這是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)。由于機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境和場(chǎng)地等因素不同，出現(xiàn)了各種配置形式。目前有橫梁式、立柱式、機(jī)座式和屈伸式四種。3.3.3工業(yè)機(jī)器人臂部的配置和驅(qū)動(dòng)1)橫梁式配置a）單臂懸掛式b）雙臂懸掛式機(jī)身設(shè)計(jì)成橫梁式如圖所示，用于懸掛手臂部件通常分為單臂懸掛式和雙臂懸掛式兩種。這類(lèi)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式大多為移動(dòng)式。具有占地面積小、能有效利用空間、動(dòng)作簡(jiǎn)單直觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)。橫梁可以是固定的，也可以是行走的，一般安裝在廠(chǎng)房原有建筑的柱梁或有關(guān)設(shè)備上，也可以直接在地面上進(jìn)行架設(shè)結(jié)構(gòu)。3.3.3工業(yè)機(jī)器人臂部的配置和驅(qū)動(dòng)2)立柱式配置立柱式機(jī)器人如圖所示，多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運(yùn)動(dòng)型式，是一種常見(jiàn)的配置形式。通常分為單臂式和雙臂式兩種。立柱式配置具有占地面積小，工作范圍大的特點(diǎn)。立柱可以固定安裝在空地上，也可以固定在機(jī)身上。立柱式機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多用于其它主機(jī)的部分配置，承擔(dān)上、下料或轉(zhuǎn)運(yùn)等工作。a）單臂式b）雙臂式3.3.3工業(yè)機(jī)器人臂部的配置和驅(qū)動(dòng)3)機(jī)座式配置機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式如圖所示，這種機(jī)器人可以是獨(dú)立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可以隨意安放和搬動(dòng)也可以沿地面上的專(zhuān)用軌道移動(dòng)，以便于擴(kuò)大其活動(dòng)范圍。a）單臂回轉(zhuǎn)式b）雙臂回轉(zhuǎn)式c）多臂回轉(zhuǎn)式

3.3.3工業(yè)機(jī)器人臂部的配置和驅(qū)動(dòng)4)屈伸式配置屈伸式機(jī)器人如圖所示，臂部由大小臂組成，大小臂間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為屈伸臂。屈伸臂與機(jī)身一起，結(jié)合機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，既可以實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)也可以實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)動(dòng)。3.3.3工業(yè)機(jī)器人臂部的配置和驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的臂部驅(qū)動(dòng)1．手部2.夾緊缸3.油缸4.導(dǎo)向柱5.運(yùn)行架6.行走車(chē)輪7.導(dǎo)軌8.支座圖3-20四導(dǎo)向柱式臂部伸縮機(jī)構(gòu)手臂的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等幾種形式，其中電動(dòng)驅(qū)動(dòng)形式最為通用。臂部伸縮機(jī)構(gòu)行程小時(shí)，采用油（氣）缸直接驅(qū)動(dòng)；當(dāng)行程較大時(shí)，可采用油（氣）缸驅(qū)動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)的倍增機(jī)構(gòu)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可用絲杠螺母或滾珠絲桿傳動(dòng)。為了增加手臂的剛性，防止手臂在伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)繞軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生變形，臂部伸縮機(jī)構(gòu)需設(shè)置導(dǎo)向裝置或設(shè)計(jì)成方形、花鍵等形式的臂桿。常用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿和雙導(dǎo)向桿等，可根據(jù)手臂的結(jié)構(gòu)、手部重量等因素選取，如圖3-20四導(dǎo)向柱式臂部伸縮機(jī)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)多用于箱體加工線(xiàn)上。手臂的俯仰通常采用擺動(dòng)油（氣）缸驅(qū)動(dòng)、鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)；臂部回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)與升降機(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)。

3.3.3工業(yè)機(jī)器人臂部的配置和驅(qū)動(dòng)3.4工業(yè)機(jī)器人腕部04PART

FOUR3.4.1工業(yè)機(jī)器人腕部組成及運(yùn)動(dòng)方式腕部是聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，它的主要作用是確定手部的作業(yè)方向。因此它具有獨(dú)立的自由度以滿(mǎn)足機(jī)器人手部完成復(fù)雜的姿態(tài)調(diào)整。工業(yè)機(jī)器人腕部組成及運(yùn)動(dòng)方式腕部坐標(biāo)系腕擺手轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)圖3-21腕部坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)方式為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實(shí)現(xiàn)對(duì)空間3個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z的轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有翻轉(zhuǎn)、俯仰和偏轉(zhuǎn)3個(gè)自由度，如圖3-21所示。通常把腕部的回轉(zhuǎn)稱(chēng)為Roll，用R表示；把腕部的俯仰稱(chēng)為Pitch，用P表示；把腕部的偏轉(zhuǎn)稱(chēng)為Yaw，用Y表示。確定手部的作業(yè)方向，一般需要三個(gè)自由度，這三個(gè)回轉(zhuǎn)方向?yàn)椋罕坜D(zhuǎn)：指腕部繞小臂軸線(xiàn)方向的旋轉(zhuǎn)，也稱(chēng)作腕部旋轉(zhuǎn)；腕擺：指手部繞垂直小臂軸線(xiàn)方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，腕擺分為俯仰和偏轉(zhuǎn)，其中同時(shí)具有俯仰和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的稱(chēng)作雙腕擺；手轉(zhuǎn)：指手部繞自身的軸線(xiàn)方向旋轉(zhuǎn)。常用的腕部組合方式如圖3-22所示，有臂轉(zhuǎn)—腕擺—手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，臂轉(zhuǎn)—雙腕擺—手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)等。（a）臂轉(zhuǎn)—腕擺—手轉(zhuǎn)(b)臂轉(zhuǎn)—雙腕擺—手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)圖3-22腕部組合方式腕部的結(jié)構(gòu)多為上述三個(gè)回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式，3.4.1工業(yè)機(jī)器人腕部組成及運(yùn)動(dòng)方式3.4.2工業(yè)機(jī)器人腕部分類(lèi)滾轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)腕部的旋轉(zhuǎn)，彎轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)腕部的彎曲，滾轉(zhuǎn)和彎轉(zhuǎn)的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)腕部的側(cè)擺。因手腕安裝在臂部的末端，腕部在設(shè)計(jì)時(shí)要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕；動(dòng)作靈活、平穩(wěn)，定位精度高；強(qiáng)度、剛度高；與臂部及手部的連接部位的合理連接結(jié)構(gòu)，傳感器和驅(qū)動(dòng)裝置的合理布局及安裝等。腕部的結(jié)構(gòu)多為上述三個(gè)回轉(zhuǎn)方式的組合，組合的方式可以有多種形式，工業(yè)機(jī)器人腕部分類(lèi)：工業(yè)機(jī)器人腕部是手臂和手部的連接部件，起支承手部和改變手部姿態(tài)的作用。機(jī)器人一般具有6個(gè)自由度才能使手部達(dá)到目標(biāo)位置和處于期望的姿態(tài)，腕部上的自由度主要用于實(shí)現(xiàn)所期望的姿態(tài)。按自由度數(shù)分類(lèi)腕部按自由度個(gè)數(shù)可分為單自由度腕部、雙自由度腕部和三自由度腕部。具體采用幾個(gè)自由度的腕部應(yīng)根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際工作性能來(lái)確定。在有些情況下，腕部具有兩個(gè)自由度：回轉(zhuǎn)和俯仰或回轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)。一些專(zhuān)用機(jī)械手甚至沒(méi)有腕部，但有的腕部為了特殊要求還有橫向移動(dòng)的自由度。按自由度數(shù)分類(lèi)1）單自由度腕部單自由度腕部在工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)軸線(xiàn)與臂部的縱軸線(xiàn)共線(xiàn)時(shí)使用，如圖3-23（a）所示為滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R實(shí)現(xiàn)，回轉(zhuǎn)角度不受結(jié)構(gòu)限制，可達(dá)360°以上；圖（b）、（c）所示為彎轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B，關(guān)節(jié)軸線(xiàn)與前、后兩個(gè)連接件的軸線(xiàn)相垂直。B關(guān)節(jié)因?yàn)槭艿浇Y(jié)構(gòu)上的干涉，旋轉(zhuǎn)角度小，方向角大大受限。圖（d）所示為平移關(guān)節(jié)T，腕部關(guān)節(jié)軸線(xiàn)與臂部及手的軸線(xiàn)在一個(gè)方向上成一個(gè)平面，不能轉(zhuǎn)動(dòng)只能平移。3.4.2工業(yè)機(jī)器人腕部分類(lèi)按自由度數(shù)分類(lèi)2）雙自由度腕部雙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手腕如圖3-24(a)所示，也可以是由兩個(gè)B關(guān)節(jié)組成的BB手腕如圖(b)所示。但是不能由兩個(gè)RR關(guān)節(jié)組成RR手腕，因?yàn)閮蓚€(gè)R關(guān)節(jié)共軸線(xiàn)，會(huì)減少一個(gè)自由度，實(shí)際只構(gòu)成單自由度手腕如圖(c)所示。二自由度手腕中最常用的是BR手腕。3.4.2工業(yè)機(jī)器人腕部分類(lèi)按自由度數(shù)分類(lèi)3）三自由度腕部三自由度手腕如圖3-25所示，可以是由B關(guān)節(jié)和R關(guān)節(jié)組成的多種形式的手腕，但在實(shí)際應(yīng)用中，常用的有BBR、RRR、BRR、RBR、BRB和RBB共6種組合。(e)BRB手腕(f)RBB手腕3.4.2工業(yè)機(jī)器人腕部分類(lèi)按驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)1）直接驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)是指驅(qū)動(dòng)器安裝在腕部運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的附近直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)剛度好，但腕部的尺寸和質(zhì)量大、慣量大。驅(qū)動(dòng)源直接裝在腕部上如圖3-26所示，這種直接驅(qū)動(dòng)腕部的關(guān)鍵是能否設(shè)計(jì)和加工出而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、驅(qū)動(dòng)性能好的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)。圖3-26液壓直接驅(qū)動(dòng)BBR腕部3.4.2工業(yè)機(jī)器人腕部分類(lèi)按驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)2）遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)安裝在工業(yè)機(jī)器人的大臂、機(jī)座或小臂遠(yuǎn)端，通過(guò)機(jī)構(gòu)間接驅(qū)動(dòng)腕部關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，因而腕部的結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸和質(zhì)量小，對(duì)改善機(jī)器人的整體性能起到了一定的作用。但同時(shí)由于傳動(dòng)設(shè)計(jì)復(fù)雜導(dǎo)致傳動(dòng)剛度也有所下降。如圖3-27所示，軸Ⅰ做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，軸Ⅱ做俯仰運(yùn)動(dòng)，軸Ⅲ做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用遠(yuǎn)距離的驅(qū)動(dòng)方式，可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)

。圖3-27遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)腕部3.4.2工業(yè)機(jī)器人腕部分類(lèi)按驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)3）柔順腕部在用機(jī)器人進(jìn)行的精密裝配作業(yè)中，當(dāng)被裝配零件之間的配合精度相當(dāng)高，由于被裝配零件的不一致性，工件的定位夾具，機(jī)器人手爪的定位精度無(wú)法滿(mǎn)足裝配要求時(shí)，會(huì)導(dǎo)致裝配困難，因而就提出了裝配動(dòng)作的柔順性要求。柔順裝配技術(shù)有兩種：主動(dòng)柔順裝配和被動(dòng)柔順裝配。一種是主動(dòng)柔順裝配：從檢測(cè)、控制的角度，采取各種不同的搜索方法，實(shí)現(xiàn)邊校正邊裝配。例如：手爪上裝配有檢測(cè)元件如視覺(jué)傳感器、力傳感器等，這就是所謂主動(dòng)柔順裝配，主動(dòng)柔順裝配需配備一定功能的傳感器，價(jià)格較貴。3.4.2工業(yè)機(jī)器人腕部分類(lèi)按驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)3）柔順腕部另一種是被動(dòng)柔順裝配：被動(dòng)柔順是利用不帶動(dòng)力的機(jī)構(gòu)來(lái)控制手爪的運(yùn)動(dòng)以補(bǔ)償其位置誤差。在需要被動(dòng)柔順裝配的機(jī)器人結(jié)構(gòu)里，一般是在腕部配置一個(gè)角度可調(diào)的柔順環(huán)節(jié)以滿(mǎn)足柔順裝配的需要。這種柔順裝配技術(shù)稱(chēng)為“被動(dòng)柔順裝配（RCC)”如圖3-28所示。被動(dòng)柔順腕部結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格比較便宜，裝配速度快。相比主動(dòng)柔順裝配技術(shù)，它要求裝配件要有傾斜角，允許的校正補(bǔ)償量受到傾角的限制，軸孔間隙不能太小。(a)水平浮動(dòng)和擺動(dòng)浮動(dòng)機(jī)構(gòu)(b)運(yùn)動(dòng)過(guò)程圖3-28柔順腕部3.4.2工業(yè)機(jī)器人腕部分類(lèi)3.5工業(yè)機(jī)器人手部05PART

FIVE3.5.1工業(yè)機(jī)器人手部分類(lèi)及特點(diǎn)機(jī)器人的手一般稱(chēng)為末端執(zhí)行器，安裝于機(jī)器人手腕上直接用于抓取和握緊專(zhuān)用工具并進(jìn)行操作的部件。工業(yè)機(jī)器人所要完成的各種操作，最終都必須通過(guò)手部來(lái)得以實(shí)現(xiàn)。手部的結(jié)構(gòu)、重量、作業(yè)端柔性?xún)?yōu)劣對(duì)完成作業(yè)有著直接的、顯著的影響。手部與手腕之間的接口方式有機(jī)械接口、電動(dòng)接口、氣動(dòng)接口和液壓接口。工業(yè)機(jī)器人手部分類(lèi)及特點(diǎn):人體的手具有多個(gè)手指，每個(gè)手指又有許多關(guān)節(jié)，可以巧妙地完成許多復(fù)雜的作業(yè)，工業(yè)機(jī)器人的手部作業(yè)功能大致可分為“抓取”和“操作”兩類(lèi)，而抓取又分為捏、夾、握三小類(lèi)。每一小類(lèi)又可分為多種形態(tài)。機(jī)器人手部設(shè)計(jì)中，由于機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)方面的限制，很難設(shè)計(jì)出像人手那樣的通用裝置；同時(shí)對(duì)多數(shù)工作現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，對(duì)機(jī)器人的工作要求是有限的，因此機(jī)器人手部的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)特定的工作對(duì)象的形狀、大小、位置、姿勢(shì)、重量、硬度、表面質(zhì)量等多方面綜合需求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展及用戶(hù)需求不斷提升，工業(yè)機(jī)器人手部加裝了具有識(shí)別功能的傳感器，使手部具有了觸覺(jué)（在手掌和手指上安裝了彈性觸點(diǎn)元件）、感知冷熱（加裝了熱敏元件）和感知抓取物體的形狀和大?。ㄔ诟髦腹?jié)的連接軸上安裝精密的電位器）等相關(guān)感知功能。3.5.1工業(yè)機(jī)器人手部分類(lèi)及特點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人手部分類(lèi):按手部的結(jié)構(gòu)和工作中完成的功能，手部可分為下列四種類(lèi)型：夾持式取料手(兩指一三指、變形指)(機(jī)械手爪)；吸附式取料手(氣吸式、磁吸式)；專(zhuān)用工具(噴槍、焊槍等)；仿生多指靈活手按工件夾持方式分類(lèi)：外夾式；內(nèi)撐式；內(nèi)外夾持式三種類(lèi)型。圖3-29夾持方式工業(yè)機(jī)器人手部特點(diǎn)：（1）手部與腕部相連處可拆卸

手部與腕部有機(jī)械接口，也可能有電、氣、液接頭。工業(yè)機(jī)器人作業(yè)時(shí)方便拆卸和更換手部。

（2）手部是機(jī)器人末端執(zhí)行器它可以像人手那樣具有手指，也可以不具備手指；可以是類(lèi)人的手爪，作業(yè)的工具，比如裝在機(jī)器人腕部上的噴漆槍、焊接工具等。（3）手部的通用性比較差機(jī)器人手部通常是專(zhuān)用的裝置，例如，一種手爪往往只能抓握一種尺寸、重量等方面相近似的工件，一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。3.5.1工業(yè)機(jī)器人手部分類(lèi)及特點(diǎn)3.5.2工業(yè)機(jī)器人夾持式取料手機(jī)械手部是目前應(yīng)用最廣的手部形式，可見(jiàn)于多種的生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人中。它主要是利用開(kāi)閉的機(jī)械機(jī)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)特定物體的抓取。其主要的組成部分是手指，利用手指的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就可抓取物體。手指一般常采用剛性的，抓取面按物體外形包絡(luò)線(xiàn)形成凹陷或v形槽等。多數(shù)的機(jī)械手部只有兩個(gè)手指如圖3-30所示，有時(shí)也使用像三爪卡盤(pán)式的三指結(jié)構(gòu)也有四指或五指結(jié)構(gòu)的，形式常取決于被夾持工件的形狀。圖3-30夾持式取料手結(jié)構(gòu)夾持式取料手分類(lèi)根據(jù)手指的形狀可分為下面幾種類(lèi)型：V型指如圖3-31(a)所示，這種形狀適合夾持圓柱形工件，夾持力較大，平穩(wěn)可靠并且誤差小，能夠快速加持旋轉(zhuǎn)中的圓柱體，并且可自定位，與工件接觸好。但浮動(dòng)件是機(jī)構(gòu)中的不穩(wěn)定因素，在加緊時(shí)和運(yùn)動(dòng)中受到的外力必須有固定支承來(lái)承受，可以設(shè)計(jì)成自鎖的浮動(dòng)件。平面指如圖3-31(b)所示，一般用于夾持方形工件、具有兩個(gè)平行平面的工件、方形板或者細(xì)小棒料等。尖指和長(zhǎng)指如圖3-31(c)所示，用于夾持小型或柔性工件；尖指用于加持位于狹窄工作場(chǎng)地的細(xì)小工件，避免和周?chē)系K物碰撞；長(zhǎng)指用于夾持熾熱的工件，以避免熱輻射對(duì)手部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的影響。特形指如圖3-31(d)所示，根據(jù)工件形狀、大小及其被夾持部件材質(zhì)軟硬、表面性質(zhì)等不同因素，手指的指面可分為光滑指面、齒形指面和柔性指面等形式。圖3-31夾持式取料手的指端形狀3.5.2工業(yè)機(jī)器人夾持式取料手夾持式取料手的驅(qū)動(dòng)1.齒條；2.扇形齒輪；3.爪鉗；4.氣缸；5.活塞圖3-32氣壓驅(qū)動(dòng)的手爪

機(jī)械手爪的手指的開(kāi)合通常采用氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)和電磁來(lái)驅(qū)動(dòng)，氣動(dòng)手爪如圖3-32所示，目前得到廣泛的應(yīng)用，主要由于氣動(dòng)手爪具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、容易維修，且開(kāi)合迅速、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)在于空氣介質(zhì)存在可壓縮性，使爪鉗位置控制比較復(fù)雜。液壓驅(qū)動(dòng)手爪成本要高些。電動(dòng)手爪的優(yōu)點(diǎn)在于手指開(kāi)合電動(dòng)機(jī)的控制與機(jī)器人控制共用一個(gè)系統(tǒng)，但是夾緊力比氣動(dòng)手爪、液壓手爪小，相比而言開(kāi)合時(shí)間要稍長(zhǎng)。氣壓驅(qū)動(dòng)的手爪，氣缸4中的壓縮空氣推動(dòng)活塞5使齒條1做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)扇形齒輪2帶動(dòng)平行四邊形機(jī)構(gòu)，使爪鉗3平行地快速開(kāi)合。3.5.2工業(yè)機(jī)器人夾持式取料手夾持式取料手的傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)使爪鉗開(kāi)合并產(chǎn)生夾緊力。對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有運(yùn)動(dòng)要求和夾緊力要求。圖3-32及圖3-33所示的手爪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可保持爪鉗平行運(yùn)動(dòng)，夾持寬度變化大。對(duì)夾緊力的要求是爪鉗開(kāi)合度不同時(shí)，夾緊力能保持不變。圖3-33手爪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類(lèi)型3.5.2工業(yè)機(jī)器人夾持式取料手3.5.3工業(yè)機(jī)器人吸附式取料手吸附式取料手靠吸附力取料，根據(jù)吸附力的不同吸附式手部有氣吸式和磁吸式兩種類(lèi)型。吸附式手部適用于大平面、易碎、微小的物體，因此適用范圍較廣。其中氣吸式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、吸附力分布均勻等優(yōu)點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于非金屬材料或不可有剩磁的材料吸附場(chǎng)合。氣吸式圖3-34氣吸附取料手氣吸式手部按形成真空或負(fù)壓的方法可將其分為真空吸盤(pán)式、氣流負(fù)壓吸盤(pán)式和擠氣負(fù)壓吸盤(pán)式。在這幾種方式中，真空式吸盤(pán)吸附可靠、吸力大、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，應(yīng)用最為廣泛。在目前電視機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)中，電視機(jī)半成品在制造和裝配過(guò)程中的搬運(yùn)和位置調(diào)整，主要采用真空吸盤(pán)的手部如圖3-34所示。工作過(guò)程中，吸盤(pán)靠近電視機(jī)屏幕，真空發(fā)生器工作使吸盤(pán)吸緊屏幕，實(shí)現(xiàn)半成品電視機(jī)的抓取和搬運(yùn)。3.5.3工業(yè)機(jī)器人吸附式取料手磁吸式1.外殼體；2.線(xiàn)圈；3.防塵蓋；4.磁盤(pán)圖3-35磁吸附取料手磁吸式手部如圖3-35所示，主要是利用電磁吸盤(pán)來(lái)完成工件的抓取，通過(guò)電磁線(xiàn)圈中電流的通斷來(lái)完成吸附操作。它的優(yōu)點(diǎn)在于不需要真空源，但它有電磁線(xiàn)圈所特有的一些缺點(diǎn)，如只能適用于磁性材料、吸附完成后有殘余磁性等，使得其使用受到一定限制。3.5.4工業(yè)機(jī)器人手部專(zhuān)用工具工業(yè)機(jī)器人是一種通用性很強(qiáng)的自動(dòng)化設(shè)備，可根據(jù)不同作業(yè)要求，準(zhǔn)備若干個(gè)特殊手部，將它們替換安裝。圖3-36快換裝置母盤(pán)結(jié)構(gòu)例如，在工業(yè)機(jī)器人末端安裝上一個(gè)快換裝置又稱(chēng)快換裝置母盤(pán)，如圖