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导语

说到手腕和手臂，我们首先会想到人的手腕和手臂，在讲述机器人手腕手臂结构之前，大家先来想想人的手腕和手臂所处的位置以及作用。

再推想一下机器人的手腕和手臂所处的位置及其作用。

机座往往与机身做成一体，机身与臂部相连，机身支承臂部，臂部又支撑腕部和手部。

一、工业机器人手腕的定义

工业机器人的手腕是连接手臂和末端执行器的部件，用以调整末端执行器的方位和姿态。

因此，它具有独立的自由度，以满足机器人手部完成复杂的姿态，通常由2个或3个自由度组成。

二、手腕的运动形式

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的转动，即具有翻转、俯仰和偏转3个自由度。

这3个回转方向又分别称为臂转、手转、腕摆，如图所示。

1、臂转

臂转是指腕部绕小臂轴线的转动，又称为腕部旋转。

通常，把臂转叫做Roll，用R表示，有些机器人限制其腕部转动角小于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。按腕部转动特点的不同，用于腕部关节的转动又可细分为滚转和弯转两种。

1）滚转：指组成关节的两个零件自身的几何回转中心和相对运动的回转轴线重合，能实现360°无障碍旋转，通常用R来标记。

2）弯转：指两个零件的几何回转中心和其相对运动的回转轴线垂直的关节运动，其相对转动角度一般小于360°，通常用B来标记

2、腕摆

腕摆是指腕部的上下摆动，这种运动称为俯仰，又称为腕部弯曲，通常把腕摆叫做Pitch。

3、手摆

手转指机器人腕部水平摆动，通常把手转叫做Yaw，用Y表示。

三、手腕的分类

1、按自由度数目来分类

腕部根据实际使用的工作要求和机器人的工作性能来确定自由度，腕部按自由度数目来分类，可分为单自由度腕部、二自由度腕部和三自由度腕部。

2、按驱动方式来分类

按驱动方式的不同，手腕结构又可以分为液压(汽)缸驱动的腕部结构和机械传动的腕部结构两种。

四、工业机器人手臂

机器人手臂是连接机身和手腕的部件，它的主要作用是确定末端执行器的空间位置。满足机器人的作业空间要求，并将各种载荷传递到机座。

1、概述

驱动方式：主要有液压驱动、气动驱动和电动驱动（最为通用）

自由度：有3个，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)

作用：支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动

组成：大臂、小臂(或多臂)，包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的构件，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑连接和位置检测元件等

2、特点

手臂的结构、灵活性、抓重大小（即臂力）和定位精度都直接影响机器人的工作性能。臂部按运动和布局、驱动方式、传动和导向装置可分为以下四种臂部结构类型。

3、分类

臂部按手臂的结构形式，可分为单臂式臂部结构、双臂式臂部结构和悬挂式臂部结构等三类。如图所示为手臂的三种结构形式。

五、工业机器人的机身

机器人的机身(或称立柱)是直接连接、支撑和传动手臂及行走机构的部件，实现臂部各种运动的驱动装置和传动件一般都安装在机身上。臂部的运动越多，机身的受力越复杂。

1、机身结构

回转与升降机身

特征：

（1）油缸驱动：升降油缸在下，回转油缸在上，升降活塞杆的尺寸要大。回转油缸在下，升降油缸在上，回转油缸的驱动力矩要大一些。

（2）链轮传功机构：回转角度可大于360°。

回转与俯仰机身

机器人手臂的俯仰运动。一般采用活塞油（气）缸与连杆机构来实现。

手臂俯仰运动用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞杆和手臂用铰链连接，缸体采用尾部耳环或中部销轴等方式与立柱连接，如图所示。

2、机身与臂部的配置形式

机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体布局。

机器人的运动要求、工作对象、作业环境和场地等因素的不同，出现了各种不同的配置形式。

目前常用的有横梁式、立柱式、机座式、屈伸式等几种。

结语

本章我们了解了工业机器人手腕、手臂、机身的定义与分类，工业机器人手腕、手臂、机身的运动形式，工业机器人机身与臂部的配置形式。

下一章我们会介绍工业机器人的行走机构。

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