图解-工业机器人的手臂与手腕
一、工业机器人的手臂
手臂是操作机中的主要运动部件,它用来支承手腕和手部,并用来调整手部在空间的位置。
手臂一般有三个自由度,即手臂的伸缩、回转和升降 (或俯仰)运动。 手臂的直线运动可通过液压缸或汽缸驱动来实现,也可以通过齿轮齿条、滚珠丝杠、 直线电动机等来实现。回转运动的实现方法很多,例如蜗轮蜗杆式、齿轮齿条式、链轮链 条式,以及谐波齿轮传动装置等。
手臂不仅承受被抓取工件的重量,还承受末端执行器、手腕和手臂自身重量。 图2-2所示为 PUMA 型工业机器人的手臂传动机构。
其大、小臂是用高强度铝合金 材料制成的薄臂框形结构,各运动都采用齿轮传动。
驱动大臂的传动机构如图2-2 (a)所 示,大臂1的驱动电动机7安置在臂的后端,兼起配重平衡作用,运动经电动机轴上的小 锥齿轮6、大锥齿轮5和一对圆柱齿轮2、3驱动大臂轴转动。驱动小臂17的传动机构如 图2-2 (b)所示,驱动装置安装于大臂10的框形臂架,驱动电动机11也置于大臂后端, 经驱动轴12,锥齿轮9、8,圆柱齿轮14、15,驱动小臂轴转动。回转机座的回转运动则 由伺服电动机24经齿轮23、22、21和19驱动,如图2-2 (c)所示。图中偏心套4、13、 16及20用来调整齿轮传动间隙。
二、工业机器人的手腕
- 腕部的作用 工业机器人手腕是手臂和手部的连接部件,起支承手部和改变手部姿态的作用。机器 人一般具有六个自由度才能使手部达到目标位置和处于期望的姿态,手腕上的自由度主要 实现所期望的姿态。
- 手腕的自由度 为了使手部能处于空间任意方向,要求腕部能实现对空间三个坐标轴 X、Y、Z的转 动,即具有翻转、俯仰和偏转三个自由度,如图2-3所示。通常把手腕的翻转称为 Roll, 用 R表示;把手腕的俯仰称为 Pitch,用 P 表示;把手腕的偏转称为 Yaw,用 Y 表示。 图2-3 (d)所示手腕即可实现 RPY 运动。
手腕按自由度数目可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕等。 (1)单自由度手腕 单自由度手腕如图2-4所示。其中,图2-4 (a)所示为一种回转 (roll)关节,它使 手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴线形式,这种 R 关节旋转角度大,可达360°以上; 图2-4 (b)、图2-4 (c)所示为一种弯曲 (bend)关节,也称 B关节,关节轴线与前、后 两个连接件的轴线相垂直。这种 B 关节因为受到结构上的干涉,旋转角度小,方向角大 大受限。图2-4 (d)所示为移动 (translate)关节,也称 T 关节。
(2)二自由度手腕
二自由度手腕如图2-5所示。二自由度手腕可以是由一个R关节和一个B关节组成的 12 工业机器人应用与编程技术 BR手腕 [图2-5 (a)],也可以是由两个 B关节组成的 BB手腕 [图2-5 (b)]。但是不能 由两个 RR关节组成 RR手腕,因为两个 R关节共轴线,所以退化了一个自由度,实际只 构成单自由度手腕 [图2-5 (c)]。二自由度手腕中最常用的是 BR手腕。
