喷漆机械手方案功能设计机械手总体结构类型

发表时间：2016-06-17

导读：由于机械手的运动轨迹都要求机械手端面平行于某一固定工件平面，而且本系的末端执行器为喷口，即最后一旋转关节任意旋转对其姿态都没有影响，这样用喷口可以使机械手的姿态满足要求……

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机械手的手臂是执行机构中的主要运动部件，它用来支承腕关节和末端执行器，并使它们能在空间运动。

为了使手部能达到工作空间的任意位置，手臂一般至少有三个自由度，少数专用的工业机器人手臂自由度少于三个。

手臂的结构形式有多种，常用的构型如下图。

图3.1 三自由度机械手构型

手腕的构型也是有多种形式。三自由度的手腕通常有以下四种形式：BBR型、BRR型、RBR型、RRR型。如图3.3所示：

B表示弯曲结构，表明组成腕关节的相邻运动构件的轴线在工作过程中相互间角度有变化。

R表示转动结构，表明组成腕关节的相邻运动构件的轴线在工作过程中相互间角度不变。

BBR结构由于采用了两个弯头结构尺寸增加了，而RBR与前者相比结构紧凑。

由于机械手的运动轨迹都要求机械手端面平行于某一固定工件平面，而且本系的末端执行器为喷口，即最后一旋转关节任意旋转对其姿态都没有影响，这样用喷口可以使机械手的姿态满足要求，且机械结构更加简单，减轻了重量。

综合考虑后确定该机器人具有五个自由度，其中手臂三个自由度确定机械手的位置，后两个自由度确定喷口的姿态，最其结构形式如图3.4所示，3D效果图如图3.5所示：

图3.3 喷漆机械手机构简图

综上所述，该五自由度机械手由机座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。共有五个自由度，依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、喷嘴俯仰。

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工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。

1.直角坐标机器人结构

直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图a2-1.。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（μm级）。

但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。

直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。

2.圆柱坐标机器人结构

圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图2-1.b。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。

3. 球坐标机器人结构

球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图2-1.c。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。

4. 关节型机器人结构

关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的，如图2-1.d。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人。