機器人手臂的典型機構

　　一般

機器人

手臂有3個自由度，即手臂的伸縮、左右迴轉和升降 （或俯仰）運動。手臂迴轉和升降運動是通過機座的立柱實現的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動通常由驅動機構和各種傳動機構來實現。手臂的 3 個自由度，可以有不同的運動 （自由度）組合，通常可以將其設計成如圖 2-34 五種形式。

 

　　① 圓柱坐標型

 

　　如圖 2-34（a）所示，這種運動形式是通過一個轉動，兩個移動，共三個自由度組成的運動系統，工作空間圖形為圓柱形。它與直角坐標型比較，在相同的工作空間條件下，機體所佔體積小，而運動範圍大。

 

　　② 直角坐標型 如圖 2-34（b）所示，直角坐標型機器人，其運動部分由三個相互垂直的直線移動組成，其工作空間圖形為長方體。它在各個軸向的移動距離，可在各坐標軸上直接讀出，直觀性強，易於位置和姿態的編程計算，定位精度高、結構簡單，但機體所佔空間體積大、靈活性較差。

　　③球坐標型 如圖 2-34（c）所示，又稱極坐標型，它由兩個轉動和一個直線移動所組成，即一個迴轉，一個俯仰和一個伸縮運動組成，其工作空間圖形為一球體，它可以作上下俯仰動作並能夠抓取地面上或較低位置的工件，具有結構緊湊、工作空間範圍大的特點，但結構輕複雜。

 

　　④關節型 如圖 2-34（d）所示，關節型又稱迴轉坐標型，這種機器人的手臂與人體上肢類似，其前三個關節都是迴轉關節，這種機器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與六臂同形成肩關節，大臂與小臂間形成肘關節，可使大臂作迴轉運動θ1和使大管作俯仰擺動θ2，小臂作俯仰擺動θ3。其特點是工作空間範圍大，動作靈活，通用性強，能抓取靠近機座的物體。

 

　　⑤平面關節型 如圖 2-34（e）所示，採用兩個迴轉關節和一個移動關節；兩個迴轉關節控制前後、左右運動，而移動關節則實現上下運動，具工作空間的軌跡圖形，它的縱截面為矩形的迴轉體，縱截面高為移動關節的行程長，兩迴轉關節轉角的大小決定迴轉體橫截面的大小、形狀、這種形式又稱為SCARA型裝配機器人。 結合P29-30的圖選講其中一個工作原理。

 

　　機器人手臂的典型機構

 

　　（1）手臂直線和迴轉運動機構

 

　　機器人手臂的伸縮、橫向移動均屬於直線運動。實現手臂往復直線運動的機構形式比較多，常用的有活塞油（汽）缸、齒輪齒條機構、絲槓螺母機構以及連杆機構等。因為活塞油（汽）缸的體積小、重量輕，在機器人的手臂結構中得到的

應用

比較多。

 

　　（2）手臂俯仰運動機構

 

　　機器人手臂的俯仰運動一般採取活塞油（汽）缸與連杆機構聯用來實現。手臂的俯仰運動用的活塞缸位於手臂的下方，其活塞杆和手臂用鉸鏈連接，缸體採用尾部耳環或中部銷軸等方式與立柱連接。