主要內(nèi)容：2.1、工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)需求及設(shè)計(jì)要點(diǎn)；2.2、工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)系統(tǒng)：三類驅(qū)動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)；2.3、工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身與臂部：基座與腰身、臂部機(jī)構(gòu)、平衡；2.4、工業(yè)機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)；2.5、工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器（手部）類型與結(jié)構(gòu)；2.6、工業(yè)機(jī)器人的移動(dòng)結(jié)構(gòu)；第2章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)（1）最小運(yùn)動(dòng)慣量原則由于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件多，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，采用最小運(yùn)動(dòng)慣量原則，可增加機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，提高操作機(jī)動(dòng)力學(xué)特性。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，并注意運(yùn)動(dòng)部件對(duì)轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心配置。

2.1工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1設(shè)計(jì)原則

（2）尺度規(guī)劃優(yōu)化原則

當(dāng)設(shè)計(jì)要求滿足一定工作空間要求時(shí)，通過(guò)尺度優(yōu)化以選定最小的臂桿尺寸，這將有利于機(jī)器人剛度的提高，使運(yùn)動(dòng)慣量進(jìn)一步降低。（3）高強(qiáng)度材料選用原則

由于機(jī)器人從手腕、小臂、大臂到機(jī)座是依次作為負(fù)載起作用的，選用高強(qiáng)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(jì)的原則

機(jī)器人設(shè)計(jì)中，剛度是比強(qiáng)度更重要的問(wèn)題，要使剛度最大，必須恰當(dāng)?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(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1設(shè)計(jì)原則

（5）可靠性原則

機(jī)器人操作機(jī)因機(jī)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)較多，可靠性問(wèn)題顯得尤為重要。一般來(lái)說(shuō)，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(jī)的可靠性?？梢酝ㄟ^(guò)概率設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出可靠度滿足要求的零件或結(jié)構(gòu)，也可以通過(guò)系統(tǒng)可靠性綜合方法評(píng)定操作機(jī)系統(tǒng)的可靠性。（6）工藝性原則

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

2.1.2工業(yè)機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）根據(jù)機(jī)器人的使用場(chǎng)合，明確采用機(jī)器人的目的和任務(wù)。（2）分析機(jī)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(rèn)真分析系統(tǒng)的工作要求，確定機(jī)器人的基本功能和方案。（4）進(jìn)行必要的調(diào)查研究，搜集國(guó)內(nèi)外的有關(guān)技術(shù)資料，進(jìn)行綜合分析，找出借鑒、選用之處和需要注意的問(wèn)題。需求分析

技術(shù)設(shè)計(jì)1.機(jī)器人基本參數(shù)的確定自由度工作范圍承載能力運(yùn)動(dòng)速度定位精度等

2.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形式的選擇

直角坐標(biāo)型圓柱坐標(biāo)型極坐標(biāo)型關(guān)節(jié)型SCARA型確定驅(qū)動(dòng)方式，選擇運(yùn)動(dòng)部件和設(shè)計(jì)具體結(jié)構(gòu)，繪制機(jī)器人總裝圖及主要零部件圖。3.擬定檢測(cè)傳感系統(tǒng)框圖選擇合適的傳感器，以便結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)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(jī)器人的控制方式，確定控制系統(tǒng)類型，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2傳動(dòng)系統(tǒng)用來(lái)把驅(qū)動(dòng)器（Actuators）的運(yùn)動(dòng)傳遞到關(guān)節(jié)和動(dòng)作部位。按實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)電氣驅(qū)動(dòng)

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

步進(jìn)電機(jī)（SteppingMotor）直流伺服電機(jī)（DCServoMotor）

交流伺服電機(jī)（ACServoMotor控制類電機(jī)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(dòng)元件（一）步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：主要由定子、轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁繞組三部分組成。定子上有六個(gè)磁極，每個(gè)磁極上繞有勵(lì)磁繞組，每相對(duì)的兩個(gè)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(lì)磁相數(shù)通電順序A—B—C—A…，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)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(jì)算公式：角度如何控制？速度如何控制？脈沖信號(hào)：脈沖信號(hào)一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號(hào)的占空比為0.3-0.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大?？刂葡到y(tǒng)組成信號(hào)分配和功率放大由驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成。舉例這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。一般用于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用例子Y3150E型滾齒機(jī)的數(shù)控改造---鼓形齒輪加工

洛陽(yáng)起重機(jī)廠數(shù)控系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)桌面式3-D打印---步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)通電線圈與磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生了伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩定子：磁場(chǎng)—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(jī)為了得到連續(xù)的旋轉(zhuǎn)方向,必須隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度不斷改變電流方向,因此,必須有換向器與碳刷。實(shí)用中轉(zhuǎn)子上的繞組是由多個(gè)線圈連接而成，以減少電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，繞組形式同發(fā)電機(jī)。式中：n--電樞的轉(zhuǎn)速，r/min

U--電樞電壓

Ia--電機(jī)電樞電流

Ra--電樞電阻

Ke--電勢(shì)系數(shù)

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

改變電樞電壓來(lái)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(kāi)關(guān)接通時(shí)間T

——開(kāi)關(guān)接通、斷開(kāi)時(shí)間——占空比優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)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(diǎn)：由于電刷和換向器的存在，其壽命、噪聲等方面存在不足。開(kāi)發(fā)研制了無(wú)刷直流電機(jī)（brushless）（三）

交流伺服電機(jī)－－BrushlessMotor改變電機(jī)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(jī)（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(jī)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(dòng)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(gè)同步轉(zhuǎn)速為ns的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。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(chǎng)一起旋轉(zhuǎn)。工作原理：式中：f—電源頻率；p

—極對(duì)數(shù)(2，4，6)；s—轉(zhuǎn)速滑差率。對(duì)于異步電機(jī)，s≠０；對(duì)于同步電機(jī)，則s＝０。結(jié)論：交流伺服電機(jī)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(jī)的變頻調(diào)速：需要相當(dāng)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(dòng)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(kāi)關(guān)電源和接口電路等部分組成。

交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電路原理矢量控制算法是目前在伺服驅(qū)動(dòng)器當(dāng)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(chǎng)為參考坐標(biāo)系，將定子電流分解為直流和交流兩個(gè)分量，直流分量能夠調(diào)節(jié)電機(jī)勵(lì)磁，而交流分量正比于電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，這樣就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的解耦控制，從而可以取得像控制直流電機(jī)一樣的控制效果。

普遍采用IPM模塊和IGBT模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變。控制電路是驅(qū)動(dòng)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(pán)掃描、顯示、通信、電流／速度／位置控制、PWM波輸出以及電機(jī)控制核心算法等的處理。CPLD(或FPGA)則配合DSP，實(shí)現(xiàn)可編程I／O、I/0的點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展以及高頻脈沖信號(hào)的處理等工作。當(dāng)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(jī)外圍接線圖交流伺服電機(jī)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(shí)際需要選擇一種或二種工作模式。當(dāng)選擇二種工作模式時(shí)，需要通過(guò)外部開(kāi)關(guān)來(lái)選擇。位置控制模式上位機(jī)產(chǎn)生脈沖來(lái)控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。脈沖的數(shù)量決定伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度（關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度或工作臺(tái)移動(dòng)的距離），脈沖的頻率決定電機(jī)轉(zhuǎn)速。如機(jī)器人關(guān)節(jié)角度控制和數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)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(jī)器人要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、運(yùn)動(dòng)特性好，故希望在同樣功率的情況下，電動(dòng)機(jī)重量要輕、外形尺寸要小。特別是裝在機(jī)器人橫臂或立臂內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)，重量要盡可能輕，外形尺寸要盡可能小。

交流伺服電動(dòng)機(jī)的選用根據(jù)動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到的各軸所需的傳動(dòng)扭矩，除以減速器的減速比，再將傳動(dòng)鏈的效率，如減速機(jī)的效率、軸承的效率和齒輪的效率等考慮進(jìn)去，并考慮各軸所需的轉(zhuǎn)速（運(yùn)動(dòng)耦合因素也要考慮在內(nèi)），就可以選用電動(dòng)機(jī)了。

同時(shí)還要注意與交流伺服電動(dòng)機(jī)配置在一起的位置編碼器的選用，并注明電動(dòng)機(jī)是否需要帶制動(dòng)器等。在選用時(shí)要注意，交流伺服電動(dòng)機(jī)的速度是可調(diào)節(jié)的，且在相當(dāng)大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩是恒定的，故選用電動(dòng)機(jī)時(shí)只要電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速大于各軸所需的最高轉(zhuǎn)速就行。故障：電機(jī)抱閘失靈交流伺服電機(jī)的特點(diǎn)沒(méi)有電刷等磨損元件；外形尺寸??；可頻繁起、制動(dòng)；能在重載下高速運(yùn)行；加速性能好；能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制和平滑運(yùn)動(dòng)；控制復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。驅(qū)動(dòng)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(cè)量反饋信號(hào)是從驅(qū)動(dòng)裝置（常用伺服電機(jī)）或從傳動(dòng)中端引出的，間接測(cè)量運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)量。誤差補(bǔ)償消除傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床中廣泛應(yīng)用。直接對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行測(cè)量，可消除中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差，位置控制精度高，但檢測(cè)傳感器價(jià)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(jī)床等。全閉環(huán)伺服系統(tǒng)（一）直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（LinearDrives）1、機(jī)械裝置輪式滾動(dòng)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(dòng)3、氣壓驅(qū)動(dòng)Cylinders2.2.2二種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（二）旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（RotaryDrive）1、齒輪鏈(GearTrains)：由兩個(gè)或兩個(gè)以上的齒輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)誤差大。2、同步皮帶(TimingBelt)：帶齒的皮帶，teethmoldedintothebelt,flexibility,lowcost。齒輪傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)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(lái)后，會(huì)對(duì)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(dòng)，薄壁軸承的外環(huán)作橢圓形變形運(yùn)動(dòng)（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(dāng)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(zhǎng)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(dāng)諧波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪的變形部位也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，使柔輪的齒依次進(jìn)入嚙合，然后再依次退出嚙合，從而實(shí)現(xiàn)嚙合傳動(dòng)。諧波發(fā)生器為主動(dòng)件，柔輪為從動(dòng)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(gè)，所以柔輪在嚙合過(guò)程中，就必須相對(duì)剛輪轉(zhuǎn)過(guò)兩個(gè)齒距的角位移，這個(gè)角位移正是減速器輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)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(gè)齒距）。

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕。3.運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)精度能提高四倍左右。受載能力也大大提高。2.傳動(dòng)比范圍大。單級(jí)諧波減速器傳動(dòng)比可在50—300之間，優(yōu)選在75—250之間；4.運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊，噪聲小。5.齒側(cè)間隙可以調(diào)整。特點(diǎn)：電機(jī)與減速器的連接4、RV(Rot-Vector)擺線針輪傳動(dòng)減速器由漸開(kāi)線圓柱齒輪行星減速機(jī)構(gòu)和擺線針輪行星減速機(jī)構(gòu)二部分組成。漸開(kāi)線行星輪2與曲柄軸3連成一體，作為擺線針輪傳動(dòng)部分的輸入。是20世紀(jì)80年代日本研制用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的傳動(dòng)裝置。1是漸開(kāi)線齒輪，2是雙偏心軸，3是擺線輪，4是針齒。行星輪3個(gè)or2個(gè)，動(dòng)力分流3個(gè)曲柄軸，偏心180度，安裝擺線輪2個(gè)，兩端軸承支撐在端蓋上。2個(gè)相同的擺線輪，齒數(shù)比針輪少一個(gè)。針輪（固定）輸入軸輸出軸傳動(dòng)比范圍大

i=31~171運(yùn)動(dòng)精度高、回差小、剛度大、抗沖擊能力強(qiáng)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊多齒嚙合，承載能力大傳動(dòng)效率高優(yōu)點(diǎn)：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(jī)器人六個(gè)關(guān)節(jié)所用RV減速器的布局

RV減速器具有長(zhǎng)期使用不需再加潤(rùn)滑劑、壽命長(zhǎng)、剛度好、減速比大、低振動(dòng)、高精度、保養(yǎng)便利等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是重量重，外形尺寸較大。諧波減速器的優(yōu)點(diǎn)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(jī)器人上所用的減速器，常見(jiàn)的有RV減速器和諧波減速器。建議：機(jī)器人設(shè)計(jì)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(jī)身和臂部設(shè)計(jì)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)通常由機(jī)身（含基座）、臂部（含手腕）和手部三大部分組成?；赫麄€(gè)機(jī)械手的支持部分，是安裝動(dòng)力源、手臂等其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件的支架，主要有固定式和移動(dòng)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(jī)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人過(guò)頂軌道安裝

2.3.1機(jī)身設(shè)計(jì)機(jī)身是支承臂部的部件，機(jī)座往往與機(jī)身做成一體。機(jī)身和臂部相連，機(jī)身支承臂部，臂部又支承腕部和手部。機(jī)身一般實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、升降和仰俯等運(yùn)動(dòng)，常有1～3個(gè)自由度。

如圖：關(guān)節(jié)型機(jī)器人，機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再加上臂部的平面運(yùn)動(dòng)，就能使腕部作空間運(yùn)動(dòng)。是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，制造誤差、運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性，對(duì)機(jī)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(yùn)動(dòng)精度和剛度。腰關(guān)節(jié)多采用高剛性的RV減速機(jī)傳動(dòng)。為方便走線，常采用中空型RV。腰關(guān)節(jié)布置實(shí)例RV減速器的輸出法蘭直接和機(jī)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(jī)的輸出軸通過(guò)鍵與RV減速器輸入軸直接相連。機(jī)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(duì)徑向止推球軸承可承受機(jī)器人的傾覆力矩，能夠滿足在無(wú)腰座軸承時(shí)抗顛覆力矩的要求，故可取消腰座軸承?；剞D(zhuǎn)與升降機(jī)身回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在下，升降運(yùn)動(dòng)在上鏈條鏈輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)身液壓驅(qū)動(dòng)5DOF關(guān)節(jié)型機(jī)器人陳光標(biāo)秀砸“大奔”三一重工62米混凝土泵車

機(jī)身設(shè)計(jì)時(shí)要注意下列問(wèn)題

機(jī)身驅(qū)動(dòng)力（力矩）計(jì)算（略）要有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性；運(yùn)動(dòng)要靈活，升降運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向套長(zhǎng)度不宜過(guò)短，避免發(fā)生卡死現(xiàn)象；驅(qū)動(dòng)方式要適宜；結(jié)構(gòu)布置要合理。2.3.2臂部設(shè)計(jì)臂部：連接機(jī)身和腕部，通常由大臂和小臂組成，用以帶動(dòng)腕部作平面運(yùn)動(dòng)。一般具有2個(gè)自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)或俯仰。臂部的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。在運(yùn)動(dòng)時(shí)，直接承受腕部、手部和工件（或工具）的靜、動(dòng)載荷，尤其高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(zhǔn)確性。臂部設(shè)計(jì)要求：要求手臂應(yīng)具有足夠的承載能力和剛性；導(dǎo)向性要好；質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)慣量要??；減小偏心力矩的方法：①盡量減小臂部運(yùn)動(dòng)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(lái)減小和消除偏重力矩。

運(yùn)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的影響等。平衡機(jī)器人手臂的重力矩優(yōu)點(diǎn)如下：如果是噴漆機(jī)器人，則便于人工手把手示教。使驅(qū)動(dòng)器基本上只需克服機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dòng)器。免除了機(jī)器人手臂在自重下落下傷人的危險(xiǎn)。在伺服控制中因減少了負(fù)載變化的影響，因而可實(shí)現(xiàn)更精確的伺服控制。一般機(jī)器人1軸為旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)構(gòu)：這種平衡機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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(fù)載，適用于不平衡力矩較小的情況。各種重力平衡機(jī)構(gòu)

2）彈簧平衡機(jī)構(gòu)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，平衡效果也較好，工作可靠，不會(huì)增加關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，適用于中小負(fù)載，但平衡范圍較小。

3）液（氣）缸平衡機(jī)構(gòu)：液（氣）缸平衡機(jī)構(gòu)多用在重載搬運(yùn)和點(diǎn)焊機(jī)器人操作機(jī)上。液壓的體積小，平衡力大；氣動(dòng)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(shí)承受來(lái)自平衡裝置的彎矩）且應(yīng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和剛度。多采用高剛性的RV減速器傳動(dòng)。肩、肘關(guān)節(jié)的配置肩、肘關(guān)節(jié)電機(jī)與減速器同軸肘關(guān)節(jié)電機(jī)安裝在小臂上肩關(guān)節(jié)電機(jī)與減速器偏置肘關(guān)節(jié)電機(jī)與減速器偏置肘關(guān)節(jié)電機(jī)安裝在小臂上平行四桿機(jī)構(gòu)的肩、肘關(guān)節(jié)（點(diǎn)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(shí)現(xiàn)手臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)氣壓傳動(dòng)的齒輪齒條式增倍機(jī)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(jī)---RV擺線針輪減速器---大臂相對(duì)于腰部擺動(dòng)。U軸為肘關(guān)節(jié)：交流伺服電機(jī)---RV擺線針輪傳動(dòng)減速器---小臂相對(duì)于大臂擺動(dòng)。

S軸為腰關(guān)節(jié)：交流伺服電機(jī)---RV擺線針輪傳動(dòng)減速器---機(jī)身回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。MOTOMAN-SV3X機(jī)器人的機(jī)身與臂部電機(jī)減速器安裝在機(jī)器人底座內(nèi)部電機(jī)與減速器殼連成一體，并與轉(zhuǎn)動(dòng)體連接。減速器輸出盤(pán)與底座連接當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于輸出盤(pán)不動(dòng)，迫使電機(jī)減速器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)。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(gè)極限開(kāi)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(zhǎng)軸電動(dòng)機(jī)機(jī)器人小臂下端左側(cè)與減速器輸出盤(pán)連接右側(cè)固連的小軸通過(guò)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(dòng)機(jī)減速器輸出轉(zhuǎn)盤(pán)與連桿連接下臂、上臂、拉桿和連桿構(gòu)成平行四邊形機(jī)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(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；采用新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高機(jī)器人結(jié)構(gòu)的負(fù)載/自重比，使機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)一步緊湊，速度和范圍指標(biāo)進(jìn)一步提高；將并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)，拓展了機(jī)器人的工作范圍，如德國(guó)KUKA公司的機(jī)器人；機(jī)器人機(jī)構(gòu)向模塊化，可重構(gòu)方向發(fā)展，伺服電機(jī)、減速器和檢測(cè)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(jī)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的模塊化．采用RV減速器和交流伺服系統(tǒng)，使機(jī)器人本體幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)．機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向2.4腕部設(shè)計(jì)（WristDesign）腕部用來(lái)連接操作機(jī)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(gè)DOF，結(jié)構(gòu)要緊湊，質(zhì)量較小，各運(yùn)動(dòng)軸采用獨(dú)立傳動(dòng)。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(chǎng)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(duì)較窄。

PUMA262型機(jī)器人的手腕采用了RRR結(jié)構(gòu)形式，MOTOMANSV3型機(jī)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(diǎn)三個(gè)軸中心相交于一點(diǎn)，與Euler角旋轉(zhuǎn)的定義相同（ZYZ），又稱為Euler腕關(guān)節(jié)。對(duì)小負(fù)載機(jī)器人，5、6關(guān)節(jié)電機(jī)一般配置在小臂內(nèi)部，5、6關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈之間有交叉耦合。4、5、6關(guān)節(jié)電機(jī)配置小臂前段用兩圓錐滾子軸承支承于后段內(nèi)；電機(jī)及減速器裝于后段內(nèi)，輸出轉(zhuǎn)盤(pán)與小臂前段連接；調(diào)節(jié)螺母用來(lái)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(jī)軸承B軸：◆B軸電機(jī)裝于小臂前段內(nèi)部◆手腕用一對(duì)園錐滾子軸承支承在小臂前部◆B軸電機(jī)—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(jī)—錐齒輪—同步齒形帶—錐齒輪—諧波減速器—手腕◆手腕軸由一對(duì)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(jī)T軸電機(jī)腕部關(guān)節(jié)用到了兩個(gè)諧波減速器,兩個(gè)同步齒型帶傳動(dòng)輸入,中間還用到了一對(duì)錐齒輪副傳動(dòng)。B軸T軸對(duì)大負(fù)載機(jī)器人，考慮平衡問(wèn)題。4、5、6關(guān)節(jié)電機(jī)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(dòng)鏈之間有交叉耦合。Funac機(jī)器人Kuka機(jī)器人手腕三電機(jī)后置傳動(dòng)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(dǎo)運(yùn)動(dòng)？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(jī)到機(jī)器人之間的輔助壓縮空氣管道杜絕噴槍軟管和噴涂對(duì)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(dòng)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(jī)---諧波齒輪減速器--法蘭盤(pán)(末端執(zhí)行器機(jī)械接口單元)繞T軸轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接安裝在腕部。末端執(zhí)行器通過(guò)法蘭盤(pán)，安裝在機(jī)械手末端。MOTOMAN-SV3X機(jī)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(jī)---齒形帶---RV減速器---小臂繞R軸旋轉(zhuǎn)。其中為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)安裝在肘關(guān)節(jié)處，即和L軸的電機(jī)交錯(cuò)安裝。B軸的軸線和R軸軸線垂直，由交流伺服電機(jī)---齒形帶---諧波齒輪減速器---驅(qū)動(dòng)腕關(guān)節(jié)作俯仰運(yùn)動(dòng)。交流伺服電機(jī)安裝在小臂內(nèi)部末端。R軸圖Motoman機(jī)器人的R、B、T軸B軸T軸問(wèn)題：為什么一般情況下將減速器配置在關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈的最末端？減小細(xì)長(zhǎng)軸（或套管）及有關(guān)傳動(dòng)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(duì)前端傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)角誤差有均化作用)。轉(zhuǎn)角誤差的來(lái)源？1、細(xì)長(zhǎng)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(diǎn)；J2軸線前置；J3和J4軸線十字垂直，而不是平行，因J4軸電機(jī)要盡量后移?？偨Y(jié)：目前各大工業(yè)機(jī)器人廠商提供的6軸關(guān)節(jié)機(jī)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(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該都是一致的，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：J1、J2和J3：3個(gè)基本軸---位置J4、J5和J6：3個(gè)輔助軸---姿態(tài)J1、J4和J6：3個(gè)回轉(zhuǎn)軸J2、J3和J5：3個(gè)擺動(dòng)軸J1、