机器人腕部结构.docx
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机器人腕部结构.docx
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机器人腕部结构
机器人腕部结构
1、定义:
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。
2、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。
腕部坐标系手腕的偏转
手腕的仰俯手腕的回转
3、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。
4、手腕的分类
(1)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。
BR手腕BB手腕
RR手腕(属于单自由度)
(2)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。
BBR手腕BRR手腕
5.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。
液压直接驱动BBR手腕图例
远距离传动手腕图例
6、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。
(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,而手腕的回转运动则由回转液压缸实现。
⏹工作原理:
⏹将夹紧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。
(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。
(4)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。
⏹回转运动:
轴S旋转→锥齿轮副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
⏹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
⏹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。
(5)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。
⏹回转运动:
⏹轴S旋转→齿轮副Z10/Z23、Z23/Z11→锥齿轮副Z12、Z13→锥齿轮副Z14、Z15→手腕与锥齿轮Z15为一体→手腕实现旋转运动
⏹俯仰运动:
⏹轴B旋转→齿轮副Z24/Z21,Z21/Z22→齿轮副Z20、Z16→齿轮副Z16、Z17→齿轮副Z17、Z18→轴19旋转→手腕壳体与轴19固联→实现手腕的俯仰运动
⏹偏转运动:
⏹油缸1中的活塞左右移动→带动链轮2旋转→锥齿轮副Z3/Z4→带动花键轴5、6旋转→花键轴6与行星架9连在一起→带动行星架及手腕作偏转运动
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