详解机器人手腕结构图
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【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Ｙ手腕； (d) T手腕
（a) R手腕； (ｂ) B手腕; (c）
(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
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