文档介绍：工业机器人的臂部一般具有2~3个自由度,即伸缩、回转或俯仰。臂部总重量较大,受力一般较复杂,在运动时,直接承受腕部、手部和工件(或工具)的静、动载荷,尤其高速运动时,将产生较大的惯性力(或惯性力矩),引起冲击,影响定位的准确性。
一、臂部设计的基本要求
臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式、抓取重量、动作自由度、运动精度等因素来确定。同时,设计时必须考虑到手臂的受力情况、油(气)缸及导向装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。因此设计臂部时一般要注意下述要求:
§4-3臂部设计

为防止臂部在运动过程中产生过大的变形,手臂的截面形状要合理选择。工字形截面弯曲刚度一般比圆截面大;空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多,所以常用钢管作臂杆及导向杆,用工字钢和槽钢作支承板。

为防止手臂在直线运动中,沿运动轴线发生相对转动,所以要设置导向装置,或设计方形、花键等形式的臂杆。

为提高机器人的运动速度,要尽量减小臂部运动部分的重量,以减小整个手臂对回转轴的转动惯量。
、定位精度要高
由于臂部运动速度越高,惯性力引起的定位前的冲击也就越大,运动既不平稳,定位精度也不高。因此,除了臂部设计上要力求结构紧凑、重量轻外,同时要采用一定形式的缓冲措施。
二、手臂的常用结构

机器人手臂的伸缩、横向移动均属于直线运动。实现手臂往复直线运动的机构形式比较多,常用的有活塞油(气)缸、齿轮齿条机构、丝杠螺母机构以及连杆机构等。由于活塞油(气)缸的体积小、重量轻,因而在机器人的手臂结构中应用比较多。

实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的,常用的有叶片式回转缸、齿轮传动机构、链轮传动机构、活塞缸和连杆机构等。
下图所示为采用活塞缸和连杆机构的一种双臂机器人手臂的结构图。手臂的上下摆动由饺接活塞由缸和连杆机构来实现。当活塞油缸1的两腔通压力油时,通过连杆2带动曲柄3(即手臂)绕轴心 O 作的上下摆动(如双点划线所示位置)。手臂下摆到水平位置时,其水平和侧向的定位由支承架4上的定位螺钉6和5来调节。此手臂结构具有传动结构简单、紧凑和轻巧等特点。
三、臂部运动驱动力计算
计算臂部运动驱动力(包括力矩)时,要把臂部所受的全部负荷考虑进去。机器人工作时,臂部所受的负荷主要有惯性力、摩擦力和重力等。
1、臂部水平伸缩运动驱动力的计算
臂部作水平伸缩运动时,首先要克服摩擦阻力,包括油(气)缸与活塞之间的摩擦阻力及导向杆与支承滑套之间的摩擦阻力等,还要克服启动过程中的惯性力。驱动力Pq(N)可按下式计算:
2、臂部回转运动驱动力矩的计算

臂部回转运动驱动力矩应根据启动时产生的惯性力矩与回转部件支承处的摩擦力矩来计算。由于升速过程一般不是等加速运动,故最大驱动力矩要比理论平均值大一些,。驱动力矩可按下式计算: