(6.2)-2.2工業(yè)機器人機械結(jié)構(gòu)b

1.2.1手腕的分類

按自由度數(shù)目來分可分為單自由度手腕、二自由度手腕和

三自由度手腕。(1)單自由度手腕a是一種翻轉(zhuǎn)(Roll)關(guān)節(jié),它把手臂縱軸線和手腕關(guān)節(jié)軸線構(gòu)成共軸形式。這種R關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度大,可達到360°以上。(a)R手腕

B手腕b、c是一種折曲(Bend)關(guān)節(jié)(簡稱B關(guān)節(jié)),關(guān)節(jié)軸線與前后兩個連接件的軸線相垂直。這種B關(guān)節(jié)因為受到結(jié)構(gòu)上的干涉,旋轉(zhuǎn)角度小,大大限制了方向角。人手的兩個B關(guān)節(jié)武漢華中數(shù)控股份有限公司

(2)二自由度手腕

二自由度手腕可以由一個R關(guān)節(jié)和一個B關(guān)節(jié)組成BR手腕， 也可以由兩個B關(guān)節(jié)組成BB手腕。但是,不能由兩個R關(guān)節(jié)組 成RR手腕,因為兩個R共軸線,所以退化了一個自由度,實際 只構(gòu)成了單自由度手腕。

二自由度手腕(a)BR手腕；(b)BB手腕;(c)RR手腕武漢華中數(shù)控股份有限公司(3)三自由度手腕武漢華中數(shù)控股份有限公司武漢華中數(shù)控股份有限公司1.2.2工業(yè)機器人常用手腕該手腕有兩個旋轉(zhuǎn)運動，箭頭1腕殼的正反轉(zhuǎn)，箭頭2法蘭盤的正反轉(zhuǎn)。腕殼的正反轉(zhuǎn)：電機的轉(zhuǎn)速通過減速機減速，再經(jīng)過連桿和同步帶傳動來實現(xiàn)。連桿可以增加剛性。法蘭盤的正反轉(zhuǎn)：該旋轉(zhuǎn)運動是由安裝在殼體內(nèi)的電機直接帶動減速機來完成的。通過直接帶動減速機，節(jié)約了設(shè)計空間，不需要錐齒輪傳動，減少噪音，旋轉(zhuǎn)1和旋轉(zhuǎn)2不再存在耦合關(guān)系，提高了傳動精度。（1）二自由度手腕：武漢華中數(shù)控股份有限公司該手腕有三個旋轉(zhuǎn)運動：手腕的正反轉(zhuǎn)、腕殼的正反轉(zhuǎn)、末端法蘭盤的正反轉(zhuǎn)。腕殼正反轉(zhuǎn)：電機旋轉(zhuǎn)帶動同步帶，同步帶通過帶輪連接到減速機的輸入端，減速機的輸入端和腕殼固定。

法蘭盤的正反轉(zhuǎn)：電動機轉(zhuǎn) 速通過同步帶、錐齒輪后到 達減速機，再經(jīng)減速機減速 后到達末端法蘭盤。（2）三自由手腕：液壓直接驅(qū)動BBR手腕武漢華中數(shù)控股份有限公司按驅(qū)動方式分可分為直接驅(qū)動手腕和遠距離驅(qū)動手腕（1）直接驅(qū)動手腕這是一種液壓直接驅(qū)動BBR手腕。M1、M2、M3是液壓馬達,直接驅(qū)動手腕的偏轉(zhuǎn)、俯仰和翻轉(zhuǎn)三個自由度軸。驅(qū)動源被裝在手腕上，因此設(shè)必須非常緊湊巧妙，難點是能否選到尺寸小、重量輕而驅(qū)動力矩大、驅(qū)動特性好的驅(qū)動電機或液壓驅(qū)動馬達。遠距離腕部傳動武漢華中數(shù)控股份有限公司（2）遠距離傳動1.有時為了保證具有足夠的的驅(qū)動力，驅(qū)動裝置不能做的足夠小，常常就采用這種遠距離驅(qū)動機構(gòu)。它可以有效的減輕腕部的重量，減輕機器人手臂的承載力。2.電機離末端較遠，當(dāng)機器人焊接或切割時，可以有效降低對電機的干擾。3.把驅(qū)動裝置放在手臂的后端作平衡重量用，不僅減輕手腕的整體質(zhì)量，而且改善了機器人整體結(jié)構(gòu)的平衡性。武漢華中數(shù)控股份有限公司武漢華中數(shù)控股份有限公司2.3機身和臂部的配置形式

機身和臂部的配置形式基本上反映了機器人的總體布局。由于機器人的運動要求、工作對象、作業(yè)環(huán)境和場地等因素的不同，出現(xiàn)了各種不同的配置形式。目前常用的有如下幾種形式：（１）橫梁式（２）立柱式（３）機座式（４）屈伸式武漢華中數(shù)控股份有限公司橫梁式：機身設(shè)計成橫梁式，用于懸掛手臂部件，這類機器人的運動形式大多為移動式。能有效利用空間，直觀等優(yōu)點。橫梁可設(shè)計成固定的或行走的，一般橫梁安裝在廠房原有建筑的柱梁或有關(guān)設(shè)備上，也可從地面架設(shè)。武漢華中數(shù)控股份有限公司立柱式：立柱式機器人多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運動型式，是一種常見的配置形式。一般臂部都可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小而工作范圍大的特點。立柱可固定安裝在空地上，也可以固定在床身上。立主式結(jié)構(gòu)簡單，服務(wù)于某種主機，承擔(dān)上、下料或轉(zhuǎn)運等工作。武漢華中數(shù)控股份有限公司機座式：機身設(shè)計成機座式，這種機器人可以是獨立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可以隨意安放和搬動。也可以具有行走機構(gòu)，如沿地面上的專用軌道移動，以擴大其活動范圍。各種運動形式均可設(shè)計成機座式。武漢華中數(shù)控股份有限公司屈伸式：屈伸式機器人的臂部由大小臂組成，大小臂間有相對運動，稱為屈伸臂。屈伸臂與機身間的配置形式關(guān)系到機器人的運動軌跡，可以實現(xiàn)平面運動，也可以作空間運動。武漢華中數(shù)控股份有限公司3.工業(yè)機器人減速機3.3RV減速機3.1行星擺線針輪減速機3.2諧波減速器武漢華中數(shù)控股份有限公司3.1行星擺線針輪減速機擺線針輪減速機基本結(jié)構(gòu)

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1.基本機構(gòu)擺線針輪減速機有三個部分組成：傳入部分、減速部分、輸出部分。視頻

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2.變速原理

輸入軸上裝有一個錯位180度的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個滾柱軸承，然后滾柱軸承上裝入擺線輪，擺線輪與針齒輪上一組環(huán)形排列的針齒相嚙合，以組成齒差為一齒的內(nèi)嚙合減速機構(gòu)。 針齒殼和針齒不動，偏心軸的轉(zhuǎn)動就迫使擺線輪既繞內(nèi)齒輪位置固定的軸線作圓周平移運動，還繞自身軸線作回轉(zhuǎn)運動。輸入軸轉(zhuǎn)動一周，偏心套也轉(zhuǎn)動一周，擺線輪于相反方向轉(zhuǎn)動一個齒，起到減速作用。由于輸出軸固定不動，因此必須通過W輸出機構(gòu)將擺線輪的低轉(zhuǎn)速以1:1的傳動比傳遞給輸出軸。Z1等分孔平行四邊形輸出武漢華中數(shù)控股份有限公司武漢華中數(shù)控股份有限公司不計摩擦力影響時，擺線針輪行星傳動作用力有三個部分:針齒與擺線齒之間的嚙合作用力；W機構(gòu)銷軸與擺線輪銷孔的作用力；轉(zhuǎn)臂軸承與擺線輪內(nèi)孔之間的作用力。取擺線輪為分離體，對其進行受力分析。武漢華中數(shù)控股份有限公司內(nèi)齒輪沿嚙合方向?qū)[線輪齒廓的作用力Fn。銷軸沿偏心線O1OH方向?qū)[線銷孔的作用力Qi。轉(zhuǎn)臂軸承作用在擺線輪內(nèi)孔的作用力FB。擺線輪在這三個力的作用下處于平衡狀態(tài)。武漢華中數(shù)控股份有限公司3.2諧波減速器武漢華中數(shù)控股份有限公司3.2諧波減速器（1）技術(shù)起源諧波減速器是諧波齒輪傳動裝置的俗稱。諧波齒輪裝置實際上既可用于減速也可用于升速，由于其傳動比很大（75~500），在工業(yè)機器人和數(shù)控機床等應(yīng)用時，一般較少用于升速，故習(xí)慣上稱為諧波減速器。諧波減速器裝置最初是美國著名發(fā)明家C.W.Musser（馬瑟）在1955年發(fā)明的一種特殊的齒輪傳動裝置。1960年，美國USM公司率先研究出樣機。1964年美國USM公司和日本株式會社長谷川齒車合作開始對其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和研究，并將命名為諧波齒輪傳動。1979年公司更該為現(xiàn)在的HarmonicDriveSystem（哈默納科）公司。世界著名工業(yè)機器人幾乎使用HarmonicDriveSystem公司生產(chǎn)的諧波減速機。武漢華中數(shù)控股份有限公司3.2諧波減速器（1）基本結(jié)構(gòu)諧波齒輪傳動機構(gòu)由剛輪、諧波發(fā)生器和柔輪三個主要零件組成，任意固定其中一個，另外兩個部件其中一個連接輸入軸，另一個作為輸出。

武漢華中數(shù)控股份有限公司1）波發(fā)生器。波發(fā)生器與輸入軸相連，對柔輪齒圈的變形起產(chǎn)生和控制作用。它由一個橢圓的凸輪和一個薄壁的柔性軸承組成。柔性軸承外環(huán)很薄容易產(chǎn)生徑向彈性塑變，在未裝入凸輪之前是圓形的，裝上之后為橢圓形。波發(fā)生器的類型武漢華中數(shù)控股份有限公司2）柔輪。柔輪有薄壁杯形、薄壁圓筒形、平嵌式等多種。薄壁圓筒形開頭外面有齒圈,它隨波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動而變形﹐筒底部分與輸出軸聯(lián)接。

1—剛輪；2—剛輪內(nèi)齒圈；3—輸入軸；4—諧波發(fā)生器；5—輸出軸；6—柔輪；7—柔輪齒圈武漢華中數(shù)控股份有限公司3）剛輪。它是一個剛性的內(nèi)齒輪。雙波諧波傳動的剛輪通常比柔輪多二齒。諧波齒輪減速器多以剛輪固定﹐外部與箱體聯(lián)接。

1—剛輪；2—剛輪內(nèi)齒圈；3—輸入軸；4—諧波發(fā)生器；5—軸；6—柔輪；7—柔輪齒圈諧波減速器傳動原理圖

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（2）傳動原理波發(fā)生器在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動時，迫使柔輪產(chǎn)生連續(xù)的彈性變形，此時波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動，就使柔輪齒的嚙入—嚙合—嚙出—脫開這四種狀態(tài)循環(huán)往復(fù)不斷地改變各自原來的嚙合狀態(tài)。（錯齒運動） 柔輪比鋼輪大，于是柔輪相對于 鋼輪沿著諧波發(fā)生器的反方向作 微小的轉(zhuǎn)動。 例如，齒數(shù)為100的鋼輪與齒數(shù) 為98的柔輪組合，每一周會產(chǎn)生

2/100的轉(zhuǎn)動差，從而得到大的 減速比。武漢華中數(shù)控股份有限公司諧波齒輪傳動的嚙合過程武漢華中數(shù)控股份有限公司諧波齒輪傳動的嚙合過程視頻GHRi

ZRZGZR-式中，ZG---剛輪齒數(shù)

ZR---柔輪齒數(shù)

i---傳動比

武漢華中數(shù)控股份有限公司（3）單級諧波齒輪常見的傳動形式1）剛輪固定—柔輪輸出：

剛輪固定不變，波發(fā)生器為 主動件，柔輪為從動件。該 輸出形式結(jié)構(gòu)簡單、傳動比 范圍大、效率高、應(yīng)用廣泛，ZG

i=75~500，其計算公式如下：ZG武漢華中數(shù)控股份有限公司波發(fā)生器主動，單 級減速，結(jié)構(gòu)簡單 ，傳動比范圍較大 ，效率較高，可用 于中小型減速器，

i=75~500。計算公 式如下：

RHGi

ZGZGZR式中，ZG---剛輪齒數(shù)

ZR---柔輪齒數(shù)

i---傳動比武漢華中數(shù)控股份有限公司3.3RV減速機武漢華中數(shù)控股份有限公司（1）技術(shù)起源RV減速機是旋轉(zhuǎn)矢量減速機的簡稱。RV減速器是在傳統(tǒng)的擺線針輪、行星齒輪傳動的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳動裝置，和諧波減速器一樣，由于傳動比大一般只用于減速。RV減速器由日本NabtescoCorporation(納博特斯克公司）的前身---帝人制機公司于1985年率先研制，1986年開始生產(chǎn)和銷售。2003年日本帝人制機和NABCO公司合并并成立了現(xiàn)在的NabtescoCorporation(納博特斯克公司）。經(jīng)過30多年的發(fā)展，NabtescoCorporation已成為技術(shù)領(lǐng)先的RV減速器企業(yè)，它的產(chǎn)品占據(jù)全球60%以上工業(yè)機器人RV減速器市場。世界著名的工業(yè)機器人幾乎都使用該公司生產(chǎn)的RV減速器。武漢華中數(shù)控股份有限公司線輪（RV齒輪）、針輪、以及輸出法蘭組成。

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6 781-芯軸；2-端蓋；3-針輪；4-密封圈；5-輸出法蘭；6-行星齒輪；7-曲軸組件；8-圓錐滾子軸承；9-RV齒輪；10-針齒123

9 10主軸承3

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6 78武漢華中數(shù)控股份有限公司

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9 10主軸承

1-芯軸；2-端蓋；3-針輪；4-密封圈；5-輸出法蘭；6-

行星齒輪；7-曲軸組件；8-圓錐滾子軸承；9-RV齒輪；

10-針齒太陽輪和行星齒輪間的變速是RV減速機的第一級減速，稱為正齒輪減速正齒輪減速武漢華中數(shù)控股份有限公司2）RV齒輪層。端蓋2和輸出法蘭5通過定位銷及連接螺釘連接在一起，中間安裝有曲軸組件7，曲柄上安裝RV齒輪9。當(dāng)曲柄回轉(zhuǎn)時兩片RV齒輪可在對稱方向進行擺動

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9 10主軸承

1-芯軸；2-端蓋；3-針輪；4-密封圈；5-輸出法蘭；6-

行星齒輪；7-曲軸組件；8-圓錐滾子軸承；9-RV齒輪；

10-針齒曲柄轉(zhuǎn)動時它們分別驅(qū)動2片RV齒輪進行180度對稱擺動。武漢華中數(shù)控股份有限公司

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9 10主軸承

1-芯軸；2-端蓋；3-針輪；4-密封圈；5-輸出法蘭；6-

行星