机器人腕部结构分析
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第3章3.3 机器人腕部结构
1) 1液.压1 直工接业驱机动器三人自由的度基手本腕概念
2020/2/27
33
3.3 机器人腕部结构 3 三自由度手腕
2) 1齿.轮1 链工轮业传机动器三人自由的度基腕本部概念
俯仰 偏转
回转
2020/2/27
❖ 结构特点： ▪ 该机构为 由齿轮、 链轮传动 实现的偏 转、俯仰 和回转三 个自由度 运动的手 腕结构。
轴主动
行星运动
齿轮固 定不动
2020/2/27
31
3.3 机器人腕部结构
2020/2/27
2 二自由度手腕
俯仰 1.1 工业机器人的基本概念❖思考?
▪ 图中所示的情况，当 S轴不输入，只有B轴 输入时，腕部存在哪
些运动，为什么？
回转
齿轮传动回转和俯仰型腕部原理
32
3.3 机器人腕部结构
3 三自由度手腕
6
3.3 机器人腕部结构
2020/2/27
2 腕部的转动
滚转1：.能1 实工现业36机0°器无人障的碍基旋本转的概关念节运动，通常用R来标记。
弯转：转动角度一般小于360°。弯转通常用B来标记。
滚转可以实现腕部的旋转；弯转可以实现腕部的弯曲
7
3.3 机器人腕部结构
2020/2/27
3.3.2
1 单1.自1由工度业腕机部器人的基本概念
俯仰
偏转
回转
齿轮链轮传动三自由度手腕原理图
1—油缸；2—链轮；3、4—锥齿轮；5、6—花键轴T；7—传动轴S；8—腕架；9—行星架；10、11、22、24—圆
38 柱齿轮；12、13、14、15、16、17、18、20—锥齿轮；19—摆动轴；21、23—双联圆柱齿轮；25—传动轴B
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3.3 机器人腕部结构 3 三自由度手腕
2) 1齿.轮1 链工轮业传机动器三人自由的度基腕本部概念
俯仰 偏转
回转
2020/2/27
❖ 结构特点： ▪ 该机构为 由齿轮、 链轮传动 实现的偏 转、俯仰 和回转三 个自由度 运动的手 腕结构。
轴主动
行星运动
齿轮固 定不动
2020/2/27
31
3.3 机器人腕部结构
2020/2/27
2 二自由度手腕
俯仰 1.1 工业机器人的基本概念❖思考?
▪ 图中所示的情况，当 S轴不输入，只有B轴 输入时，腕部存在哪
些运动，为什么？
回转
齿轮传动回转和俯仰型腕部原理
32
3.3 机器人腕部结构
3 三自由度手腕
6
3.3 机器人腕部结构
2020/2/27
2 腕部的转动
滚转1：.能1 实工现业36机0°器无人障的碍基旋本转的概关念节运动，通常用R来标记。
弯转：转动角度一般小于360°。弯转通常用B来标记。
滚转可以实现腕部的旋转；弯转可以实现腕部的弯曲
7
3.3 机器人腕部结构
2020/2/27
3.3.2
1 单1.自1由工度业腕机部器人的基本概念
俯仰
偏转
回转
齿轮链轮传动三自由度手腕原理图
1—油缸；2—链轮；3、4—锥齿轮；5、6—花键轴T；7—传动轴S；8—腕架；9—行星架；10、11、22、24—圆
38 柱齿轮；12、13、14、15、16、17、18、20—锥齿轮；19—摆动轴；21、23—双联圆柱齿轮；25—传动轴B
工业机器人腕部结构分类、结构特点PPT共26页
工业机器人设计
腕部结构特点
• 手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用主 要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手 部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围， 并使机械手变的更灵巧，适应性更强。一般机 械手手腕设有回转运动或再增加一个上下摆动 即可满足工作要求。目前，应用最为广泛的手 腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结 构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 270。）,并且要求严格密封，否则就难保证稳 定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况 下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。
(2)远距离传动手腕，图中所示是一种远距离传动的RBR手腕。Ⅲ
轴的转动使整个手腕翻转，即第一个R关节运动。Ⅱ轴的转动使手 腕获得俯仰运动，即第二个B关节运动。I轴的转动即第三个R关节 运动。当c轴一离开纸平面后，RBR手腕便在三个自由度轴上输出 RPY运动。这种远距离传动的好处是可以把尺寸、重量都较大的驱 动源放在远离手腕处，有时放在手臂的后端作平衡重量用，不仅减 轻手腕的整体质量，而且改善了机器人整体结构的平衡性。
首先要考虑电源和电动机的调速控制装置等的 组成。
• a、电源 电源为驱动电动机提供电能，电动机 将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或 直接驱动车门机构。目前，应用最广泛的电源 是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展， 铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢， 寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发 展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、 燃料电池、飞轮电池等。
2.按驱动方式分类
(1)直接驱动手腕。
手腕因为装在手臂末端,所以必须设计得十分紧凑， 可以把驱动源装在手腕上。下图所示是Moog公司的 一种液压直接驱动的BBR手腕，设计紧凑巧妙。Ml、 M2 、M3是液压马达,直接驱动手腕的偏转、俯仰和翻转 三个自由度轴。这种直接驱动手腕的关键是能否选到 尺寸小、重量轻而驱动力矩大、驱动特性好的驱动电 机或液压驱动马达。
关节型机器人腕部结构结构设计说明
关节型机器人腕部结构结构设计1绪论1.1 选题背景及其意义本题设计的是关节型机器人腕部结构，主要是整体方案设计和手腕的结构设计及控制系统设计，此课题来源于实际生产，对于目前手工电弧焊接效率低，操作环境差，而且对操作员技术熟练成都要求高，因此采用机器人技术，实现焊接生产操作的柔性自动化，提高产品质量与劳动生产力，实现生产过程自动化，改善劳动条件。
题目要求是：动作范围：手腕回转ο150,摆动ο90,旋转ο360。
各轴最大速度要求：s /30ο。
额定载荷kg 5，最大速度s m /3。
2、腕部最大负荷：5kg 。
机器人是近30年发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。
在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。
自古以来,人们所设想的机器人一般是一种在外形和功能上均能模拟人类智能的机器。
特别是在20世纪20年代前后,捷克和美国的一些科幻作家创作了一批关于未来机器人与人类共处中可能发生的故事之类的文学作品,更使机器人在人们的思想中成为一种无所不能的“超人”。
在现实生活中,一些民间工匠根据这些文学描绘,也制造出一些仿人或仿生的机器人。
然而在当时的科技条件下,要使机器人具有某种特殊的“智能”而成为“超人”,显然是不可能的。
美国的戴沃尔设想了一种可控制的机械手,他首先突破了对机器人的传统观点,提出机器人并不一定必须像人,但是必须能做一些人的工作。
1954年,他依据这一想法设计制作了世界上第一台机器人实验装置,发表了《适用于重复作业的通用性工业机器人》一文,并获得了美国专利。
戴沃尔将遥控操纵器的关节型连杆机构与数控机床的伺服轴联结在一起,预定的机械手动作一经编程输入后,机械等就可以离开人的辅助而独立运行。
这种机器人也可以接受示教而完成各种简单任务。
示教过程中操作者用手带动机械手依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列记录在数字存储器中，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下再现出那些位置序列。
任务二机器人的手腕结构课件
任务二机器人的手腕结 构课件
• 机器人手腕结构的应用与发展趋势 • 机器人手腕结构的优化与创新设计
CHAPTER 01
机器人手腕结构概述
手腕结构的重要性
提高机器人的灵活性
提升机器人的工作效率
手腕结构可以使机器人更准确地控制 末端执行器的姿态和位置，实现更加 精细和复杂的操作。
手腕结构可以扩大机器人的工作范围， 使其能够到达更远的空间位置，提高 工作效率。
详细描述
柔性手腕具有较好的柔性和顺应性，可以适应各种不同的工作需求。由于其结构简单，重量较轻，转动惯量较小， 响应速度快。但是，柔性手腕的刚度较低，承载能力有限，通常用于轻量级、对精度要求不高的机器人中。此外， 柔性手腕的设计需要考虑材料的力学性能和机构的稳定性。
多关节型手腕
总结词
多关节型手腕是一种复杂的手腕结构，由多个关节组 成，可以实现多自由度的运动。
详细描述
机械臂型手腕具有较高的刚度和承载能力，可以用于重负载、高精度的机器人中。由于 其结构复杂，机械臂型手腕的转动惯量较大，响应速度较慢。但是，通过优化设计，可 以减小转动惯量，提高响应速度。此外，机械臂型手腕还可以通过改变关节长度和连杆
结构来实现不同的运动轨迹和姿态。
柔性手腕
总结词
柔性手腕是一种特殊的手腕结构，通过柔性材料或机构实现弯曲和扭转。
机器人手腕结构的应用与发展趋势
工业机器人
工业机器人是手腕结构应用的主要领域之一，它们在生产线上的装配、焊接、搬运 等任务中发挥着重要作用。
工业机器人的手腕结构通常采用关节式或滑槽式设计，具有较高的自由度和灵活性， 能够完成各种复杂的动作。
随着工业自动化的发展，工业机器人将在智能制造、柔性制造等领域发挥更大的作用。
• 机器人手腕结构的应用与发展趋势 • 机器人手腕结构的优化与创新设计
CHAPTER 01
机器人手腕结构概述
手腕结构的重要性
提高机器人的灵活性
提升机器人的工作效率
手腕结构可以使机器人更准确地控制 末端执行器的姿态和位置，实现更加 精细和复杂的操作。
手腕结构可以扩大机器人的工作范围， 使其能够到达更远的空间位置，提高 工作效率。
详细描述
柔性手腕具有较好的柔性和顺应性，可以适应各种不同的工作需求。由于其结构简单，重量较轻，转动惯量较小， 响应速度快。但是，柔性手腕的刚度较低，承载能力有限，通常用于轻量级、对精度要求不高的机器人中。此外， 柔性手腕的设计需要考虑材料的力学性能和机构的稳定性。
多关节型手腕
总结词
多关节型手腕是一种复杂的手腕结构，由多个关节组 成，可以实现多自由度的运动。
详细描述
机械臂型手腕具有较高的刚度和承载能力，可以用于重负载、高精度的机器人中。由于 其结构复杂，机械臂型手腕的转动惯量较大，响应速度较慢。但是，通过优化设计，可 以减小转动惯量，提高响应速度。此外，机械臂型手腕还可以通过改变关节长度和连杆
结构来实现不同的运动轨迹和姿态。
柔性手腕
总结词
柔性手腕是一种特殊的手腕结构，通过柔性材料或机构实现弯曲和扭转。
机器人手腕结构的应用与发展趋势
工业机器人
工业机器人是手腕结构应用的主要领域之一，它们在生产线上的装配、焊接、搬运 等任务中发挥着重要作用。
工业机器人的手腕结构通常采用关节式或滑槽式设计，具有较高的自由度和灵活性， 能够完成各种复杂的动作。
随着工业自动化的发展，工业机器人将在智能制造、柔性制造等领域发挥更大的作用。
六轴机器人手腕部分的机械结构
六轴机器人手腕部分的机械结构机器人手腕部分是六轴机器人的重要组成部分，它负责控制末端执行器的运动和姿态调整。
机器人手腕通常由几个关节构成，这些关节通过连接杆件和传动装置相互连接，以实现各种运动方式。
机器人手腕的机械结构设计需考虑以下几个方面：关节设计、传动装置、连接杆件和末端执行器。
关节设计是机器人手腕机械结构的核心。
关节的设计应满足机器人运动的要求，包括旋转、倾斜等多种运动方式。
常见的关节设计有球形关节和旋转关节。
球形关节能够实现多个自由度的运动，而旋转关节主要用于单一轴的旋转运动。
传动装置是机器人手腕机械结构的重要组成部分。
传动装置通常采用齿轮、皮带或链条等传动方式，以实现关节的运动。
传动装置应具有高精度、低摩擦和高刚度等特性，以确保机器人手腕的运动精度和稳定性。
连接杆件是机器人手腕机械结构的连接部分，它们连接关节和末端执行器。
连接杆件通常采用刚性材料，如金属或碳纤维复合材料，以确保机器人手腕的刚性和稳定性。
此外，连接杆件的设计应考虑重量和结构强度的平衡，以提高机器人手腕的运动效率和负载能力。
末端执行器是机器人手腕机械结构的重要组成部分。
末端执行器通常是机械手或夹具，用于完成具体的操作任务。
末端执行器的设计应根据具体的应用需求进行，可以是多指夹具、吸盘、焊枪等。
末端执行器的设计要考虑负载能力、精度和稳定性等因素，以确保机器人手腕的工作效果和安全性。
六轴机器人手腕部分的机械结构设计是一个复杂而关键的环节。
它需要考虑关节设计、传动装置、连接杆件和末端执行器等多个方面，以实现机器人手腕的高精度、高效率和高负载能力。
只有合理设计和优化的机械结构，才能确保机器人手腕的正常运行和稳定工作。
第三章3.3机器人腕部结构
第三章机器人的机械结构系统3.3机器人腕部结构【内容提要】本课主要学习工业机器人腕部结构。
介绍机器人腕部的三种运动、两种转动；机器人腕部的自由度；腕部的驱动方式；机器人的柔顺腕部以及机器人腕部典型结构。
知识要点：✓机器人腕部分类✓手腕的自由度✓手腕的驱动方式✓柔顺腕部✓腕部典型结构重点：✓掌握机器人腕部的分类✓掌握机器人手腕的自由度✓掌握机器人手腕的驱动方式✓掌握机器人腕部典型结构难点：✓掌握机器人腕部的分类✓机器人腕部典型结构关键字：✓手腕、柔顺腕部、腕部自由度【本课内容相关资料】3.3机器人腕部结构腕部是连接机器人的小臂与末端执行器（臂部和手部）之间的结构部件，其作用是利用自身的活动度来确定手部的空间姿态，从而确定手部的作业方向。
对于一般的机器人，与手部相连接的腕部都具有独驱自转的功能，若腕部能在空间取任意方位，那么与之相连的手部就可在空间取任意姿态，即达到完全灵活。
多数将腕部结构的驱动部分安排在小臂上。
腕部是臂部与手部的连接部件，起支承手部和改变手部姿态的作用。
目前，RRR型三自由度腕部应用较普遍。
3.3.1机器人腕部的转动方式1.腕部的运动机器人一般具有6个自由度才能使手部（末端执行器）达到目标位置和处于期望的姿态。
为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间3个坐标轴x，y，z的旋转运动，如图3-15所示。
这便是腕部的3个运动：腕部旋转、腕部弯曲、腕部侧摆，或称为3个自由度。
(1)腕部旋转腕部旋转是指腕部绕小臂轴线的转动，又叫做臂转。
有些机器人限制其腕部转动角度小于360°。
另一些机器人则仅仅受到控制电缆缠绕圈数的限制，腕部可以转几圈。
如图3-15a 所示。
a)臂转b)手转c)腕摆d)腕部坐标系图3-15腕部的三个运动和坐标系(2)腕部弯曲腕部弯曲是指腕部的上下摆动，这种运动也称为俯仰，又叫做手转。
如图3-15b所示。
(3)腕部侧摆腕部侧摆指机器人腕部的水平摆动，又叫做腕摆。
机器人手部结构详解
工具：进行作业的专用工具。
工件的定位和夹紧：
F
2．按夹持方式分：
外夹式：
手部与被夹件的外表面相接触。 手部与工件的内表面相接触。
内撑式：
内外夹持式：
手部与工件的内、外表面相接触。
夹持方式图例：
Y
X Z
3．按手爪的运动形式分：
回转型：
当手爪夹紧和松开物体时，手指作回转运动。当 被抓物体的直径大小变化时，需要调整手爪的位 置才能保持物体的中心位置不变。 手指由平行四杆机构传动，当手爪夹紧和松开物 体时，手指姿态不变，作平动。 当手爪夹紧和松开工件时，手指作平移运动，并 保持夹持中心的固定不变，不受工件直径变化的 影响。
应用：
喷气式吸盘图例：
7．挤气式吸盘：
主要构成：
吸盘架、压盖、 密封垫、吸盘
工作原理：
挤气式吸盘工作原理图：
六、手部结构的应用实例
1．平行指手爪机构：
工作原理：
回转动力源1和6 驱动构件2和5顺 时针或逆时针旋 转，通过平行四 边形机构带动手 指3和4作平动， 夹紧或释放工件。
齿轮齿条式手爪重力式手爪滑槽式手爪拨杆杠杆式手爪线圈通电空气间隙的存在线圈产生大的电感和启动电流周围产生磁场通电导体一定会在周围产生磁场吸附工件适用于用铁磁材料做成的工件
机器人手部结构
主讲 周兰
引言：
工业机器人的手部也叫末端操作器， 它直接装在工业机器人的手腕上用于 夹持工件或让工具按照规定的程序完 成指定的工作。
结构特点：
该吸盘具有一个 球关节，使吸盘 能倾斜自如，适 应工件表面倾角 的变化。
关节型机器人腕部结构设计(全套,CAD有图)
1前言1.1机器人的概念机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的机器，而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。
美国机器人工业协会提出的工业机器人定义为：“机器人是一种可重复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机”。
英国和日本机器人协会也采用了类似的定义。
我国的国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：“机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。
能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。
而将操作机定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。
机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制装置和为使机器人进行作业而要求的外部设备组成。
1.1.1操作机操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。
通常由下列部分组成：a.末端执行器又称手部，是机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。
b. 手腕是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有2～3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。
有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。
c. 手臂它由机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。
手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。
手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。
d. 机座有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件。
可分固定式和移动式两类。
1.1.2驱动单元它是由驱动器、检测单元等组成的部件，是用来为操作机各部件提供动力和运动的装置。
1.1.3控制装置它是由人对机器人的启动、停机及示教进行操作的一种装置，它指挥机器人按规定的要求动作。
1.1.4人工智能系统它由两部分组成，一部分是感觉系统，另一部分为决策－规划智能系统。
5.3工业机器人手腕-课件
• 微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排， 动画元件最后固定位置勿超出此区域。；编排形式可自选，勿超出此区域
俯仰
俯仰
偏转
翻转
BR手腕
BB手腕
翻转
RR手腕
2024/2/29
10
微 3. 软三雅自黑由，度2手0，腕标题
•➢微由软B关雅黑节，和大R关小（节1组8为合推而荐成，，若组内合容的多方，式可改有为多1种6）多；样此。区域图文混排，
2024/2/29
5
微 二软、雅手黑腕，的20自，标由题度
• 微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排， 动画元件最后固定位置勿超出此区域。；编排形Z 式可自选，勿超出此区域
w
腕 爪
手
Ɵ1
腕
➢ 按自由度数目来分，手腕可分为单自由度、二自由度和三自由度。
2024/2/29
6
2024/2/29
12
三微、软雅柔黑顺，手20腕，结标题构
• 微中软空雅固定黑件，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排， 动画元件最后固定位置勿超出此区域。；编排形式可自选，勿超出此区域
螺丝
钢珠 弹簧
上部浮动件
工件
下部浮动件
弹簧
机械手
2024/2/29
13
三微、软雅柔黑顺，手20腕，结标题构
• 微软雅黑，大小（18为推荐，若内容多，可改为16）；此区域图文混排， 动人画手元爪的件定最位后精固度定无位法置满勿足装超配出要此求区时域，。会；导致编装排配形困式难可。自选，勿超出此区域
➢ 类型： ➢ 1. 主动柔顺装配 边校正边装配，配有检测元件如视觉传感器、力传感器等 ➢ 2. 被动柔顺装配 在手腕部配置一个柔顺环节
机器人腕部结构
单一的偏转功能：手腕关节轴线与手臂及手的轴线在 另一个方向上相互垂直；转角度受结构限制，通常小 于360°。该运动用折曲关节（B关节）实现。
单自由度手腕图例：
R手腕
B手腕
B手腕
T手腕
1．按自由度的数目分（2）：
二自由度手腕：
可以由一个R关节和一个B关节联合构成 BR关节实现，或由两个B关节组成BB关节 实现，但不能由两个RR关节构成二自由 度手腕，因为两个R关节的功能是重复的 ，实际上只起到单自由度的作用。
结构特点：
采用双回转油缸驱动，一个带动手腕作 俯仰运动，另一个油缸带动手腕作回转 运动。
V-V视图表示的回转缸中动片带动回转油 缸的刚体，定片与固定中心轴联结实现 俯仰运动；L-L视图表示回转缸中动片与 回转中心轴联结，定片与油缸缸体联结 实现回转运动。
双回转油缸驱动手腕图例：
3．轮系驱动的二自由度BR手腕：
偏转 运动
动作分解：
回转运动
俯仰运动
四、典型结构
1．摆动液压缸（又称回转液压缸） ：
结构：
由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。 其中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱动轴 连接，用螺栓2将隔板与缸体连接。
工作原理：
在密封的缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个 油腔，相当油缸中的无杆腔和有杆腔。液压力作 用在活动叶片的端面上，对传动轴中心产生力矩 使被驱动轴转动。摆动缸转角在270°左右。
并不是所有的手腕都必须具备三个自由 度，而是根据实际使用的工作性能要求 来确定。
手腕自由度图例：
腕部坐标系
手腕的偏转
手腕的俯仰
手腕的回转
二、手腕的设计要求
结构紧凑、重量轻； 动作灵活、平稳，定位精度高； 强度、刚度高； 与臂部及手部的连接部位的合理连接
单自由度手腕图例：
R手腕
B手腕
B手腕
T手腕
1．按自由度的数目分（2）：
二自由度手腕：
可以由一个R关节和一个B关节联合构成 BR关节实现，或由两个B关节组成BB关节 实现，但不能由两个RR关节构成二自由 度手腕，因为两个R关节的功能是重复的 ，实际上只起到单自由度的作用。
结构特点：
采用双回转油缸驱动，一个带动手腕作 俯仰运动，另一个油缸带动手腕作回转 运动。
V-V视图表示的回转缸中动片带动回转油 缸的刚体，定片与固定中心轴联结实现 俯仰运动；L-L视图表示回转缸中动片与 回转中心轴联结，定片与油缸缸体联结 实现回转运动。
双回转油缸驱动手腕图例：
3．轮系驱动的二自由度BR手腕：
偏转 运动
动作分解：
回转运动
俯仰运动
四、典型结构
1．摆动液压缸（又称回转液压缸） ：
结构：
由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。 其中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱动轴 连接，用螺栓2将隔板与缸体连接。
工作原理：
在密封的缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个 油腔，相当油缸中的无杆腔和有杆腔。液压力作 用在活动叶片的端面上，对传动轴中心产生力矩 使被驱动轴转动。摆动缸转角在270°左右。
并不是所有的手腕都必须具备三个自由 度，而是根据实际使用的工作性能要求 来确定。
手腕自由度图例：
腕部坐标系
手腕的偏转
手腕的俯仰
手腕的回转
二、手腕的设计要求
结构紧凑、重量轻； 动作灵活、平稳，定位精度高； 强度、刚度高； 与臂部及手部的连接部位的合理连接
机器人腕部结构设计说明书
摘要为了提高生产效率，满足一些特定的工作要求，本题设计的关节型机器人的手腕用于焊接、喷漆等方面。
通过合理的设计计算，拟定了手腕的传动路径，选用直流电动机，合理布置了电机、轴和齿轮，设计了齿轮和轴的结构，实现了摆腕、转腕和提腕的三个自由度的要求。
设计中大多采用了标准件和常用件，降低了设计和制造成本。
关键词：自由度，关节型机器人，手腕ABSRACTIn order to improve production efficiency and meet some of the specific requirements, design of ontology of robot wrist joints used for welding, paint, etc. Through the reasonable design calculation, the transmission path, choose the wrist, reasonable decorate a dc motor, gear axle and gear axle, design and realization of the structure, the pendulum wrist, turn the wrist and wrist three degrees of freedom. In the design of the standard and common people, the design and manufacturing cost.Keywords:freedom, Joint robot, The wrist目录1 绪论 ------------------------------------------------------------------------------------ 错误!未定义书签。
1.1 选题背景和意义------------------------------ 错误!未定义书签。
【详解】机器人手腕结构图
[详解]机器人手腕结构图机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件,它的作用是调节或改变工件的方位, 因而它具有独立的自由度,以使机器人末端操作器适应复杂的动作要求.工业机器人一般需要6个自由度才能使手部达到目标位置并处于期望的姿态.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2.31所示.通常也把手腕的翻转叫做Roll, 用R表示; 把手腕的俯仰叫做Pitch, 用P表示; 把手腕的偏转叫Yaw, 用Y表示.图2.31 手腕的自由度<a> 绕z轴转动; <b> 绕y轴转动; <c> 绕x轴转动; <d> 绕x、y、z轴转动手腕的分类1. 按自由度数目来分手腕按自由度数目来分, 可分为单自由度手腕、2自由度手腕和3自由度手腕.<1> 单自由度手腕,如图2.32所示.图<a>是一种翻转<Roll>关节, 它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴形式.这种R 关节旋转角度大, 可达到360°以上.图<b>、<c>是一种折曲<Bend>关节<简称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, 大大限制了方向角.图<d>所示为移动关节.图2.32 单自由度手腕<a> R手腕；<b> B手腕; <c> Y手腕；<d> T手腕<2> 2自由度手腕,如图2.33所示.2自由度手腕可以由一个R 关节和一个B关节组成BR手腕<见图2.33<a>>,也可以由两个B关节组成BB手腕<见图2.33<b>>.但是, 不能由两个R 关节组成RR手腕, 因为两个R共轴线, 所以退化了一个自由度, 实际只构成了单自由度手腕,见图2.33<c>.图2.33 二自由度手腕<a> BR手腕；<b> BB手腕; <c> RR 手腕<3> 3自由度手腕,如图2.34所示.3自由度手腕可以由B关节和R关节组成许多种形式.图2.34<a>所示是通常见到的BBR手腕, 使手部具有俯仰、偏转和翻转运动, 即RPY运动.图2.34<b>所示是一个B关节和两个R关节组成的BRR手腕, 为了不使自由度退化, 使手部产生RPY运动,第一个R关节必须进行如图所示的偏置.图2.34<c>所示是三个R关节组成的RRR手腕,它也可以实现手部RPY运动.图2.34<d>所示是BBB手腕, 很明显, 它已退化为二自由度手腕,只有PY运动,实际上不采用这种手腕.此外, B关节和R 关节排列的次序不同,也会产生不同的效果,同时产生了其它形式的三自由度手腕.为了使手腕结构紧凑, 通常把两个B关节安装在一个十字接头上, 这对于BBR手腕来说,大大减小了手腕纵向尺寸. 图2.34 三自由度手腕<a> BBR 手腕; <b> BRR手腕; <c> RRR手腕; <d> BBB手腕2. 按驱动方式来分手腕按驱动方式来分,可分为直接驱动手腕和远距离传动手腕.图2.35所示为Moog公司的一种液压直接驱动BBR手腕, 设计紧凑巧妙. M1、M2、M3是液压马达, 直接驱动手腕的偏转、俯仰和翻转三个自由度轴.图2.36所示为一种远距离传动的RBR手腕.Ⅲ轴的转动使整个手腕翻转, 即第一个R关节运动.Ⅱ轴的转动使手腕获得俯仰运动, 即第二个B关节运动.Ⅰ轴的转动即第三个R关节运动.当c轴一离开纸平面后, RBR手腕便在三个自由度轴上输出RPY运动.这种远距离传动的好处是可以把尺寸、重量都较大的驱动源放在远离手腕处, 有时放在手臂的后端作平衡重量用,这不仅减轻了手腕的整体重量, 而且改善了机器人的整体结构的平衡性.图2.35 液压直接驱动BBR手腕图2.36 远距离传动RBR手腕手腕的典型结构设计手腕时除应满足启动和传送过程中所需的输出力矩外, 还要求手腕结构简单,紧凑轻巧,避免干涉,传动灵活; 多数情况下,要求将腕部结构的驱动部分安排在小臂上, 使外形整齐; 设法使几个电动机的运动传递到同轴旋转的心轴和多层套筒上去, 运动传入腕部后再分别实现各个动作.下面介绍几个常见的机器人手腕结构.图2.37所示为双手悬挂式机器人实现手腕回转和左右摆动的结构图. A-A剖面所表示的是油缸外壳转动而中心轴不动, 以实现手腕的左右摆动；B-B剖面所表示的是油缸外壳不动而中心轴回转, 以实现手腕的回转运动.其油路的分布如图2.37所示.图2.37 手腕回转和左右摆动的结构图图2.38所示为PT－600型弧焊机器人手腕部结构图和传动原理图.由图可以看出, 这是一个具有腕摆与手转两个自由度的手腕结构, 其传动路线为: 腕摆电动机通过同步齿形带传动带动腕摆谐波减速器7, 减速器的输出轴带动腕摆框1实现腕摆运动; 手转电动机通过同步齿形带传动带动手转谐波减速器10, 减速器的输出通过一对锥齿轮9实现手转运动.需要注意的是, 当腕摆框摆动而手转电动机不转时, 联接末端执行器的锥齿轮在另一锥齿轮上滚动, 将产生附加的手转运动, 在控制上要进行修正.图2.38 PT-600型弧焊机器人手腕结构图图2.39所示为KUKA IR-662／100型机器人的手腕传动原理图.这是一个具有3个自由度的手腕结构, 关节配置形式为臂转、腕摆、手转结构.其传动链分成两部分: 一部分在机器人小臂壳内, 3个电动机的输出通过带传动分别传递到同轴传动的心轴、中间套、外套筒上; 另一部分传动链安排在手腕部, 图2.40所示为手腕部分的装配图.图2.39 KUKA IR-662/100型机器人手腕传动图图2.40 KUKA IR-662/100型机器人手腕装配图其传动路线为:<1> 臂转运动.臂部外套筒与手腕壳体7通过端面法兰联接,外套筒直接带动整个手腕旋转完成臂转运动.<2> 腕摆运动.臂部中间套通过花键与空心轴4联接, 空心轴另一端通过一对锥齿轮12、13带动腕摆谐波减速器的波发生器16, 波发生器上套有轴承和柔轮14,谐波减速器的定轮10与手腕壳体相联, 动轮11通过盖18和腕摆壳体19相固接, 当中间套带动空心轴旋转时, 腕摆壳体作腕摆运动.<3> 手转运动.臂部心轴通过花键与腕部中心轴2联接, 中心轴的另一端通过一对锥齿轮45、46带动花键轴41, 花键轴的一端通过同步齿形带传动44、36带动花键轴35, 再通过一对锥齿轮传动33、17带动手转谐波减速器的波发生器25, 波发生器上套有轴承和柔轮29, 谐波减速器的定轮31通过底座34与腕摆壳体相联,动轮24通过安装架23与联接手部的法兰盘30相固定, 当臂部心轴带动腕部中心轴旋转时, 法兰盘作手转运动.柔顺手腕结构在用机器人进行的精密装配作业中, 当被装配零件之间的配合精度相当高, 由于被装配零件的不一致性, 工件的定位夹具、机器人手爪的定位精度无法满足装配要求时, 会导致装配困难, 因而, 柔顺性装配技术有两种：一种是从检测、控制的角度出发, 采取各种不同的搜索方法, 实现边校正边装配; 有的手爪还配有检测元件, 如视觉传感器<如图 2.41 所示>、力传感器等, 这就是所谓主动柔顺装配. 另一种是从结构的角度出发, 在手腕部配置一个柔顺环节, 以满足柔顺装配的需要, 这种柔顺装配技术称为被动柔顺装配.图2.41 带检测元件的手图2.42所示是具有移动和摆动浮动机构的柔顺手腕.水平浮动机构由平面、钢球和弹簧构成,实现在两个方向上进行浮动; 摆动浮动机构由上、下球面和弹簧构成, 实现两个方向的摆动.在装配作业中,如遇夹具定位不准或机器人手爪定位不准时, 可自行校正.其动作过程如图2.43所示, 在插入装配中工件局部被卡住时,将会受到阻力, 促使柔顺手腕起作用, 使手爪有一个微小的修正量,工件便能顺利插入.图2.44所示是另一种结构形式的柔顺手腕, 其工作原理与上述柔顺手腕相似.图2.45所示是采用板弹簧作为柔性元件组成的柔顺手腕,在基座上通过板弹簧1、2联接框架, 框架另两个侧面上通过板弹簧3、4联接平板和轴,装配时通过4块板弹簧的变形实现柔顺性装配.图2.46所示是采用数根钢丝弹簧并联组成的柔顺手腕. 图2.42 移动摆动柔顺手腕图2.43 柔顺手腕动作过程图 2.44 柔顺手腕图 2.45 板弹簧柔顺手腕图2.46 钢丝弹簧柔顺手腕。
机器人手部结构详解
手部可能还有一些电、气、液的接口： 由于手部的驱动方式不同造成。对这 些部件的接口一定要求具有互换性。
A
4
2．手部是末端操作器：
可以具有手指，也可以不具有手指； 可以有手爪，也可以是专用工具。
A
5
末端操作器图例（1）：
每个手指有三个或 四个关节。技术关 键是手指之间的协 调控制。
A
6
末端操作器图例（2）：
电磁吸盘的结构：
主要由磁盘、防尘盖、线圈、壳体等组成。
工作原理：
夹持工件：
线圈通电→空气间隙的存在→线圈产生大的电感和启 动电流→周围产生磁场（通电导体一定会在周围产生 磁场）→吸附工件
放开工件：
线圈断电→磁吸力消失→工件落位
A
27
2．电磁吸盘(2)：
适用范围：
适用于用铁磁材料做成的工件；不适合于 由有色金属和非金属材料制成的工件。
A
10
三、手部的构成
主要有手指、驱动机构和传动机构组成。
A
11
四、手部的分类
A
12
1．按用途分：
手爪：具有一定的通用性。主要功能是：抓住 工件、握持工件、释放工件。
抓住：在给定的目标位置和期望姿态上抓住工件，
工件必须有可靠的定位，保持工件和手爪之间的准 确的相对位置关系，以保持机器人后续作业的准确 性。 握住：确保工件在搬运过程中或零件装配过程中定 义了的位置和姿态的准确性。 释放：在指定位置结束手部和工件之间的约束关系。
可用来吸附鸡蛋、 锥颈瓶等物件。 扩大了真空吸盘 在机器人上的应 用。
A
34
6．喷气式吸盘：
工作原理：
压缩空气进入喷嘴后，利用伯努利效应，当压缩 空气刚进入时，由于喷嘴口逐渐缩小，致使气流 速度逐渐增加。当管路截面收缩到最小处时，气 流速度达到临界速度，然后喷嘴管路的截面逐渐 增加，使与橡胶皮碗相连的吸气口处，造成很高 的气流速度而形成负压。
A
4
2．手部是末端操作器：
可以具有手指，也可以不具有手指； 可以有手爪，也可以是专用工具。
A
5
末端操作器图例（1）：
每个手指有三个或 四个关节。技术关 键是手指之间的协 调控制。
A
6
末端操作器图例（2）：
电磁吸盘的结构：
主要由磁盘、防尘盖、线圈、壳体等组成。
工作原理：
夹持工件：
线圈通电→空气间隙的存在→线圈产生大的电感和启 动电流→周围产生磁场（通电导体一定会在周围产生 磁场）→吸附工件
放开工件：
线圈断电→磁吸力消失→工件落位
A
27
2．电磁吸盘(2)：
适用范围：
适用于用铁磁材料做成的工件；不适合于 由有色金属和非金属材料制成的工件。
A
10
三、手部的构成
主要有手指、驱动机构和传动机构组成。
A
11
四、手部的分类
A
12
1．按用途分：
手爪：具有一定的通用性。主要功能是：抓住 工件、握持工件、释放工件。
抓住：在给定的目标位置和期望姿态上抓住工件，
工件必须有可靠的定位，保持工件和手爪之间的准 确的相对位置关系，以保持机器人后续作业的准确 性。 握住：确保工件在搬运过程中或零件装配过程中定 义了的位置和姿态的准确性。 释放：在指定位置结束手部和工件之间的约束关系。
可用来吸附鸡蛋、 锥颈瓶等物件。 扩大了真空吸盘 在机器人上的应 用。
A
34
6．喷气式吸盘：
工作原理：
压缩空气进入喷嘴后，利用伯努利效应，当压缩 空气刚进入时，由于喷嘴口逐渐缩小，致使气流 速度逐渐增加。当管路截面收缩到最小处时，气 流速度达到临界速度，然后喷嘴管路的截面逐渐 增加，使与橡胶皮碗相连的吸气口处，造成很高 的气流速度而形成负压。
工业机器人技术机器人手部结构
工业机器人技术机器人手部结构随着工业自动化的发展，越来越多的企业开始采用工业机器人来完成各种工作任务。
而机器人手部结构是机器人的关键组成部分之一，它直接影响着机器人的灵活性、精确性和稳定性。
因此，研究和设计高性能机器人手部结构是非常重要的。
机器人手部结构主要包括机器人手臂、手指和手腕三个部分。
下面我将逐一介绍这三个部分的结构和功能。
首先是机器人手臂。
机器人手臂是机器人手部结构的基础，它连接着机器人的身体和手指，起到支撑和移动手指的作用。
机器人手臂通常由多个关节和连接件组成，可以在一定范围内进行自由运动。
根据机器人的需求和任务，手臂的长度和关节数可以有所不同。
同时，机器人手臂的材料也需要具备一定的刚性和韧性，以承受较大的载荷。
其次是机器人手指。
机器人手指是机器人手部结构的“手”，负责抓取、夹持和放置物体。
机器人手指一般由指节、指骨和指关节组成，通过关节的运动实现手指的伸缩、曲率和旋转。
为了保证机器人手指的精确性和稳定性，手指的设计需要考虑力触觉和位置控制等方面。
此外，机器人手指的表面覆盖材料也需要具备一定的抓握性能，以适应不同形状和材质的物体。
最后是机器人手腕。
机器人手腕起到连接机器人手臂和手指的作用，它能够使手指在多个平面上进行旋转和倾斜。
机器人手腕通常由多个旋转关节和连接件组成，通过关节的运动使机器人手指更加灵活。
为了增加机器人手腕的力矩和刚度，通常会采用外部传动装置来提高机器人手腕的精确性和控制能力。
在工业机器人的应用中，机器人手部结构的设计和研究涉及到多学科的知识，包括机械工程、电子工程和控制工程等。
目前，一些先进的机器人手部结构开始采用柔性和可变形材料，以适应更加复杂和多样化的工作环境。
同时，机器人手部结构的智能化和感知能力也成为了研究的热点。
总之，机器人手部结构是工业机器人的核心组成部分，它直接决定了机器人的灵活性、精确性和稳定性。
随着技术的不断进步，机器人手部结构将会变得更加复杂和智能化，为工业自动化带来更多的便利和效益。
机器人腕部结构分析
• 附加俯仰运动：
第35页/共38页
•
轴 星 经
过架B 、Z回2轴0转、S时Z不1→6转、迫而Z使1T7、轴齿Z回轮18转Z实22现→绕附齿齿加轮轮俯ZZ2仰231、的运Z过动21 不程
转 中
→ 自
当 转
行 →
轮系驱动三自由度手腕图例（5）：
• 附加回转运动：
第36页/共38页
• 轴B、轴S不转而T轴回转→齿轮Z23、Z21不转→当行 星架回转时→迫使齿轮Z11绕齿轮Z23的过程中自转 →
一、手腕的自由度
第2页/共38页
1．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 旋 转 运 动 。 这 便 是 腕 部 运 动 的 三 个 自 由 度 ， 分 别 称 为 翻 转 R （Roll）、俯仰P（Pitc h）和偏转Y（Yaw）。
• 并不是所有的手腕都必须具备三个自由度，而是根据实际使用的工作性 能要求来确定。
→20、手Z腕16壳→
直线运动转化为旋转运动：
第33页/共38页
轮系驱动三自由度手腕图例（3）：
• 偏转运动：
第34页/共38页
• 油缸1中的活塞左右移动→带动链轮2旋转→锥齿轮
副 连
在Z 3
/一Z 4起→→带带动动花行键星轴架5 、及6手旋腕转作→偏花转键运轴动6
与
行
星
架
9
轮系驱动三自由度手腕图例（4）：
轮系驱动二自由度手腕图例（4）：
• 思考题：
图中所示的情况，当 S轴不输入，只有B 轴输入时，腕部存在 哪些运动，为什么？
第27页/共38页
轮系驱动二自由度手腕图例（3）：
• 附加回转运动：
机器人手部结构详解
2．手部是末端操作器： ．手部是末端操作器：
可以具有手指，也可以不具有手指； 可以有手爪，也可以是专用工具。
末端操作器图例（1）：
每个手指有三个或 四个关节。技术关 键是手指之间的协 调控制。
末端操作器图例（2）：
3．手部是一个独立的部件： ．手部是一个独立的部件：
工业机器人通常分为三个大的部件： 工业机器人通常分为三个大的部件 ： 机身、手臂（含手腕）、手部。手部 对整个机器人完成任务的好坏起着关 键的作用，它直接关系着夹持工件时 的定位精度、夹持力的大小等。
机器人手部结构
主讲 周兰
引言：
工业机器人的手部也叫末端操作器， 它直接装在工业机器人的手腕上用于 夹持工件或让工具按照规定的程序完 成指定的工作。
一、手部的特点
1．手部与手腕相连处可拆卸： ．手部与手腕相连处可拆卸：
手部与手腕处有可拆卸的机械接口： 手部与手腕处有可拆卸的机械接口 ： 根据夹持对象的不同，手部结构会有 差异，通常一个机器人配有多个手部 装置或工具，因此要求手部与手腕处 的接头具有通用性和互换性。 手部可能还有一些电、 液的接口： 手部可能还有一些电 、 气 、 液的接口 ： 由于手部的驱动方式不同造成。对这 些部件的接口一定要求具有互换性。
2．电磁吸盘(2)： ．电磁吸盘 ：
适用范围： 适用范围：
适用于用铁磁材料做成的工件；不适合于 由有色金属和非金属材料制成的工件。 适合于被吸附工件上有剩磁也不影响其工 作性能的工件。 适合于定位精度要求不高的工件。 适合于常温状况下工作。铁磁材料高温下 的磁性会消失。
电磁吸盘图例:
3．真空式吸盘： ．真空式吸盘：
平移型图例：
此时手部是张开还是合拢？
该丝杆的螺纹具有什么特点？
工业机器人2.2手部设计-2.3腕部设计
No.38
2.2.3 类人机器人的手部—关节式手指
大部分的工业机器人的手部只有两个 手指，而且手指上一般没有关节。为了 使机器人的手臂能完成各种不同的工作， 有更大的适应性和通用性，除了要使臂 部具有更大的空间活动范围外，还要在 其上安装一个更灵巧的手，即类人手。 这种手是由若干带有关节的手指构成。
一、气吸式手部的种类
5 3 4
4
2
1
1-电机 2-真空泵 3,4-电磁阀 5-吸盘 真空吸盘控制系统
No.29
2.2.2 吸附式手部的设计
一、气吸式手部的种类
气流负压喷嘴吸盘结构原理图 挤压负压式吸盘
No.30
2.2.2 吸附式手部的设计
二、气吸式手部的设计要素
吸力大小与吸盘的直径大小，吸盘内的 真空度(或负压大小)以及吸盘的吸附面积 的大小有关。工件被吸附表面的形状和 表面不平度也对其有一定的影响，设计 时要充分考虑上述各种因素，以保证有 足够的吸附力。
一、手指
No.9
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
斜楔杠杆式手部
No.10
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
滑槽杠杆式手部
No.11
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
双支点连杆杠杆式手部
No.12
2.2.1 钳爪式手部的设计
No.34
2.2.2 吸附式手部的设计
五、磁吸式手部
盘状磁吸附手部结构
No.35
2.2.2 吸附式手部的设计
五、磁吸式手部
几种电磁式吸盘工作示意图
No.36
2.2.2 吸附式手部的设计
2.2.3 类人机器人的手部—关节式手指
大部分的工业机器人的手部只有两个 手指，而且手指上一般没有关节。为了 使机器人的手臂能完成各种不同的工作， 有更大的适应性和通用性，除了要使臂 部具有更大的空间活动范围外，还要在 其上安装一个更灵巧的手，即类人手。 这种手是由若干带有关节的手指构成。
一、气吸式手部的种类
5 3 4
4
2
1
1-电机 2-真空泵 3,4-电磁阀 5-吸盘 真空吸盘控制系统
No.29
2.2.2 吸附式手部的设计
一、气吸式手部的种类
气流负压喷嘴吸盘结构原理图 挤压负压式吸盘
No.30
2.2.2 吸附式手部的设计
二、气吸式手部的设计要素
吸力大小与吸盘的直径大小，吸盘内的 真空度(或负压大小)以及吸盘的吸附面积 的大小有关。工件被吸附表面的形状和 表面不平度也对其有一定的影响，设计 时要充分考虑上述各种因素，以保证有 足够的吸附力。
一、手指
No.9
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
斜楔杠杆式手部
No.10
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
滑槽杠杆式手部
No.11
2.2.1 钳爪式手部的设计
二、传动机构——回转型传动机构
双支点连杆杠杆式手部
No.12
2.2.1 钳爪式手部的设计
No.34
2.2.2 吸附式手部的设计
五、磁吸式手部
盘状磁吸附手部结构
No.35
2.2.2 吸附式手部的设计
五、磁吸式手部
几种电磁式吸盘工作示意图
No.36
2.2.2 吸附式手部的设计
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CHENLI
18
1．摆动液压缸（又称回转液压缸）：
结构：
由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。 其中叶片7固定在转子上，用花键将转子与驱动轴 连接，用螺栓2将隔板与缸体连接。
工作原理：
在密封的缸体内，隔板与活动叶片之间围成两个 油腔，相当油缸中的无杆腔和有杆腔。液压力作 用在活动叶片的端面上，对传动轴中心产生力矩 使被驱动轴转动。摆动缸转角在270°左右。
单一的偏转功能：手腕关节轴线与手臂及手的轴线在 另一个方向上相互垂直；转角度受结构限制，通常小 于360°。该运动用折曲关节（B关节）实现。
CHENLI
8
单自由度手腕图例：
R手腕
B手腕
B手腕
CHENLI
T手腕 9
1．按自由度的数目分（2）：
二自由度手腕：
可以由一个R关节和一个B关节联合构成 BR关节实现，或由两个B关节组成BB关节 实现，但不能由两个RR关节构成二自由 度手腕，因为两个R关节的功能是重复的， 实际上只起到单自由度的作用。
轴主动
行星运动
齿轮固 定不动
CHENLI
30
4．轮系驱动的三自由度手腕：
结构特点：
该机构为由齿轮、链轮传动实现的偏转、 俯仰和回转三个自由度运动的手腕结构。
CHENLI
31
轮系驱动三俯仰自由度手腕图例（1）：
偏转
回转
回转运动：
轴齿运动S轮旋副转Z→14、齿Z轮15→副手Z10腕/Z与23、锥Z齿23轮/ZZ111→5为锥一齿体轮→副手Z腕12、实Z现13旋→转锥
CHENLI
19
摆动液压缸结构图：
CHENLI
20
2．单自由度回转运动手腕 ：
结构特点：
机器人手部的张合是由汽缸驱动的，而手 腕的回转运汽缸的外壳与摆动油缸的动片连接 在一起，当摆动液压缸中不同的油腔中进 油时，即可实现手腕不同方向的摆动。
CHENLI
CHENLI
10
二自由度手腕图例：
BR手腕
BB手腕
RR手腕(属于单自由度)
CHENLI
11
1．按自由度的数目分（3）：
三自由度手腕：
有R关节和B关节的组合构成的三自由 度手腕可以有多种型式，实现翻转、 俯仰和偏转功能。
CHENLI
12
三自由度手腕图例：
BBR手腕
R
BRR手腕
CHENLI
13
2．按手腕的驱动方式分：
直接驱动手腕：
驱动源直接装在手腕上。这种直接驱动手腕的 关键是能否设计和加工出尺寸小、重量轻而驱 动扭矩大、驱动性能好的驱动电机或液压马达。
远距离传动手腕：
有时为了保证具有足够大的驱动力，驱动装置 又不能做得足够小，同时也为了减轻手腕的重 量，采用远距离的驱动方式，可以实现三个自 由度的运动。
21
单回转油缸驱动手腕图例：
CHENLI
22
3．双回转油缸驱动手腕 ：
结构特点：
采用双回转油缸驱动，一个带动手腕作 俯仰运动，另一个油缸带动手腕作回转 运动。
V-V视图表示的回转缸中动片带动回转油 缸的刚体，定片与固定中心轴联结实现 俯仰运动；L-L视图表示回转缸中动片与 回转中心轴联结，定片与油缸缸体联结 实现回转运动。
机器人腕部结构
主讲 郝建豹
CHENLI
1
引言：
腕部是臂部和手部的连接件，起支承 手部和改变手部姿态的作用。
CHENLI
2
一、手腕的自由度
CHENLI
3
1．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 的旋转运动。这便是腕部运动的三个自 由度，分别称为翻转R（Roll）、俯仰P （Pitch）和偏转Y（Yaw）。
并不是所有的手腕都必须具备三个自由 度，而是根据实际使用的工作性能要求 来确定。
CHENLI
4
手腕自由度图例：
腕部坐标系
手腕的偏转
手腕的俯仰
手腕的回转
CHENLI
5
二、手腕的设计要求
结构紧凑、重量轻； 动作灵活、平稳，定位精度高； 强度、刚度高； 与臂部及手部的连接部位的合理连接
结构，传感器和驱动装置的合理布局 及安装等。
CHENLI
32
轮系驱动三自由度手腕图例（2）：
俯仰运动：
轴副19固BZ1旋6联、转→Z→1实7→齿现齿轮手轮副腕Z副的24Z/俯Z172仰、1，运ZZ1动82→1/Z轴22→19齿旋轮转副→Z手20、腕Z壳16体→与齿轮轴
CHENLI
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液压直接驱动BBR手腕图例：
偏转
B
回转 R
俯仰 B
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远距离传动手腕图例：
偏转运动 俯仰运动
回转运动
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问题：
1、各轴分别实现什么运动？ 2、当手腕进行俯仰运动时，能否 同时进行回转运动？
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偏转 运动
动作分解：
回转运动
俯仰运动
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四、典型结构
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三、手腕的分类
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1．按自由度的数目分（1）：
单自由度手腕：
手腕在空间可具有三个自由度，也可以具备以下 单一功能：
单一的翻转功能：手腕的关节轴线与手臂的纵轴线共 线，常回转角度不受结构限制，可以回转360°以上。 该运动用翻转关节（R关节）实现。
单一的俯仰功能：手腕关节轴线与手臂及手的轴线相 互垂直，转角度受结构限制，通常小于360°。该运动 用折曲关节（B关节）实现。
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轮系驱动二自由度手腕图例（3）：
附加回转运动：
轴S不转而B轴回转→锥 齿 轮 Z3 不 转 → 锥 齿 轮 Z3、 Z4相啮合→迫使Z4绕C轴 线有一个附加的自转， 即为附加回转运动。 附加回转运动在实际使 用时应予以考虑。必要
时应加以利用或补偿。
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附加运动动作分解：
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双回转油缸驱动手腕图例：
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3．轮系驱动的二自由度BR手腕：
结构特点：
由轮系驱动可实现手腕回转和俯仰运动， 其中手腕的回转运动由传动轴S传递，手 腕的俯仰运动由传动轴B传递。
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轮系驱动二自由度手腕图例（1）：
回转运动：
轴 S 旋 转 → 锥 齿 轮 俯仰 副 Z1、Z2→ 锥 齿 轮 副 Z3、Z4→ 手 腕 与 锥齿 轮 Z4 为一体 → 手腕实现绕C轴的 旋转运动
回转
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轮系驱动二自由度手腕图例（2）：
俯仰运动：
轴B旋转→锥齿轮副 Z5、Z6→ 轴 A 旋 转 → 手腕壳体7与轴A固联 →手腕实现绕A轴的 俯仰运动
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轮系驱动二自由度手腕图例（4）：
思考题：
图中所示的情况，当 S轴不输入，只有B轴 输入时，腕部存在哪 些运动，为什么？