文档介绍：一、概述
工业机器人的腕部是联接手部与臂部的部件,起支承手部的作用。机器人一般具有六个自由度才能使手部(末端操作器)达到目标位置和处于期望的姿态,手腕上的自由度主要是实现所期望的姿态。
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。
§4-4手腕设计
如图4-36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,把手腕的偏转叫做Yaw,用Y表示。
腕部实际所需要的自由度数目应根据机器人的工作性能要求来确定。在有些情况下,腕部具有两个自由度:翻转和俯仰或翻转和偏转。一些专用机械手甚至没有腕部,但有的腕部为了特殊要求还有横向移动自由度。
因为手腕是安装在手臂的末端,所以手腕的大小和重量是手腕设计时要考虑的关键问题,希望能采用紧凑的结构,合理的自由度。
二、手腕的分类
:
可分为单自由度手腕、二自由度手腕、三自由度手腕。
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线形式,这种R关节旋转角度大,可达到360°以上。
(1)单自由度手腕
图(b)、(c)是一种折曲(Bend)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,转角度小,大大限制了方向角。这和图4-38示人的手腕差不多,即在人的手腕的两个折弯(Bend)自由度上,手的左右偏转方向角(Yaw)只有55 °和15 °[见图4-38(a)],手的上下俯仰方向角(Pitch)都只有85 ° [见图4-38(b)]。(d)所示为移动关节,也叫T关节.
(2)二自由度手腕,如图4-39所示。二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4-39(a)];也可以由两个B关节组成BB手腕[见图4-39(b)]。但是,不能由两个R关节组成RR手腕,因为两个R关节共轴线,所以退化了一个自由度,实际只构成了单自由度手腕[见图4-39(c)].
(3)三自由度手腕,如图4-40所示。三自由度手腕可以由B关节和R关节组成许多种形式。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,也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。

(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。图4-41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。
(2)远距离传动手腕,图4-42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。