機械臂典型結構

05-15

##概述

###一機械臂結構的組成

1. 手部結構

2. 手腕結構

3. 手臂結構

4. 機座結構

###二機器人結構類型

**分類**：用途-裝配機器人、焊接機器人、搬運機器人、通用機器人等。驅動方式-氣動、液壓、電動等。

手臂運動由關節實現，進一步講是組成關節的運動副實現。包括迴轉副、直線副、螺旋副、球面副等，最常用的是迴轉副和直線副，都只有一個自由度。

1. **直角坐標型機器人**-三個互相垂直的直線移動關節組成，手部在工作空間內的運動是由三個方向的直線運動複合而成。

2. **圓柱坐標型機器人**-一個升降直線運動關節（軸向）、一個圓周旋轉運動關節（周向）和一個徑向直線運動關節組合而成。

3. **球坐標型機器人**-兩個迴轉運動關節和一個直線運動關節分別作為方位旋轉關節、俯仰旋轉關節和徑向直線運動關節組合而成。

4. **水平多關節型機器人**-由兩個迴轉軸線垂直於水平面的迴轉運動關節組成一個能在水平面上作平面運動的連桿機構，加上一個直線運動關節作垂直升降運動組合而成的多關節機器人。

5. **垂直多關節型機器人**-由一個迴轉運動關節作方位運動，加上由兩個迴轉軸線相互平行且平行於水平面的迴轉運動關節組成一個能在垂直平面上作平面運動的連桿機構，組成的多關節機器人。

###三機器人機械系統的主要技術參數

1. 最大負荷

2. 結構形式

3. 自由度數

4. 運動範圍、速度、加速度

5. 精度（位置絕對精度和重複精度）

##直角坐標型機器人機械結構

###一特點

1. 定位精度高

2. 結構簡單、形式多樣

3. 作業空間大

4. 尺寸結構較大

根據基座的支承情況分為懸臂式和橋架式。

###二橋架式直角坐標型機器人

1. X向橋架

2. X向小車

3. Y向小車

4. Z向部件

結構簡單，更適合模塊化設計，便於標準化、系列化。

###三懸臂式直角坐標型機器人

結構更加簡單，安排更加緊湊，部件的標準化和系列化程度相當高。但是由於懸臂式結構負載產生的力矩較大，因此除了第一根軸（X軸）安裝在基礎上行程可以較長外，其餘各軸的行程不宜過長，所能承受的載荷也較輕，通常適用於流水線上、小型零件的搬運和裝配作業。

##水平多關節型機器人

SCARA的基本型式是兩個水平迴轉關節手臂加上一個直線垂直升降關節組成。根據直線升降關節是第一關節或第三關節的不同，SCARA還可以分為兩種形式。特點是水平方向的柔性較大，垂直方向的剛性較大，非常適用於垂直方向的裝配作業和搬運。由於結構簡單、使用方便、作業速度快、成本低等優點，已廣泛應用於電子電器、儀錶等行業的裝配作業。

採用最簡單的帶傳動和齒輪齒條傳動形式，沒有採用複雜的（滾珠絲杠螺母、諧波傳動、擺線針輪傳動），同時帶傳動的柔性還適應了SCARA在水平方向略帶柔性的特點，滿足裝配時的柔順性要求。如採用其它傳動形式則較難滿足。另外，結構上對帶傳動的條件也提供了方便。

##垂直多關節型機器人

作業範圍大，應用最廣。

結構設計特點：

1. **手臂的自重平衡措施**-重力矩及其偏心力矩加重驅動負擔，而且偏心力矩隨轉角變化，影響運動平穩性和定位，因此可採用平衡彈簧、平衡塊等方式。

2. 提高精度措施手臂骨架採用整體鋁鑄件，傳動鏈採用精度較高的齒輪傳動，還設計有消除齒輪間隙的偏心套調整機構和波紋管聯軸器。

##多節彎曲型機器人

略

##機器人手腕結構

1. 臂轉

2. 手轉

3. 腕擺

要求：傳動靈活、結構緊湊輕巧、避免干涉。

###柔順手腕結構

##機器人手部結構

###一卡爪式取料手

由手指（手爪）和驅動機構組成，通過手指的開合動作，實現對物體的夾持。

1. 彈性力抓手

2. 擺動式抓手

3. 平動式抓手（圓弧型平動和直線型平動）

###二吸附式取料手

氣吸附和磁吸附。適用於大平面（單面接觸無法抓取）、易碎（玻璃、磁碟）、微小（不易抓取）的物體。適用面較廣。

1. **氣吸附取料手**-吸盤

真空氣吸、氣流負壓氣吸、擠壓排氣負壓氣吸

結構簡單，重量輕，吸附力分布均勻。便於搬取薄片狀物體，廣泛應用於非金屬材料或不可有剩磁的材料吸附要求物體表面較平整光滑，無孔無凹槽。

真空吸附取料工作可靠，吸力大，但成本高。

氣流負壓吸附取料手利用 $
ho gh+frac{1}{2}
ho v^2+p$ 中 $v$ 大處 $p$ 小的特點產生氣流負壓吸附。高速氣流可由壓縮空氣產生。成本較低。

擠壓排氣式為通過擠壓排出吸盤內的多餘空氣形成負壓，但要防止漏氣，不宜長期停頓。

2. 磁吸附取料手

電磁鐵利用磁效應吸取物體。

###三末端操作器及換接器

通用型機器人用

末端操作器

換接器或自動手爪更換裝置

多工位換接裝置

###四仿生多指靈巧手

柔性手

多指手