典型机器人结构示例
主讲 周兰
引言：

本讲主要介绍美国 Unimation 公司的 产品：PUMA—262型关节式通用机器 人。
一、PUMA—262型机器人简介
1．结构特点：


PUMA—262 型机器人是一个关节型 机器人 ：主体结构三个自由度（腰转 关节、肩关节、肘关节）以及手腕的 三个自由度（俯仰、偏转、回转）都 是回转运动。 传动精度高，结构小巧紧凑，重量轻， 工作范围大，适应性广。

结构特点：


在俯视图和A—A示图中，后壳盖9与立柱空 心轴 31 螺纹联接，空心轴 10 与后壳盖 9 螺纹 联接，空心轴10固定不动。 齿轮 17 与后壳盖 9 螺纹联接，齿轮 17 固定不 动，当小齿轮16与之啮合时，只能是自转又 公转，由于轴14支承在大臂上，带动大臂绕 水平轴10旋转，实现肩关节的旋转运动。

附加俯仰运动：

手腕的偏转运动传动原理图：
俯仰运动 回转运动
偏转运动
手腕的偏转运动结构图：
四、PUMA—262机器人整体结构
1．大臂的结构图（1）：
主要问题： 1、机器人的主要构 成。
2、分析存在的主要 运动。机器人的类型。 3、各机器人主体部 分的传动路线及传动 特点。
4、当机器人手腕处 于什么位置时，三个 运动退化为两个运动。

结构特点：

手腕完成偏转运动时有两个附加运动，一个 是手腕的回转运动，一个是手腕的俯仰运动。
6．手腕的偏转运动（2）：

附加回转运动：

手腕实现偏转运动→带动手腕活动部分偏转 →齿轮 Z27、Z26 的轴支承在手腕活动部分并随手腕活动部 分偏转（ θ4）→ 关节电机 6 不动 → 齿轮 Z25 不动 → 齿 轮 Z27、Z26 绕 θ4 公转又自转 → 传至齿轮 Z30→ 手腕有 附加回转运动 手腕实现偏转运动→带动手腕活动部分偏转 →齿轮 Z18与手腕活动部分固联并随手腕活动部分偏转（θ4） →关节电机 5 不动→齿轮 Z17 不动→ 齿轮Z18 绕 θ4 公转 又自转→手腕有附加俯仰运动
关节1 关节2 PUMA—262型机器人结构图：
关节3 关节6
关节5关节4ຫໍສະໝຸດ 2．应用场合：广泛用于医药、食品、电子、机械等 行业，从事包装、材料配制、安装， 以及小型机电元件的装配、搬运、喷 涂、机器加载、试验、检查等工作。
3．主要技术参数（1）：

结构型式：关节式 自由度数：6 运动范围：

结构特点：

肘关节运动传动原理图：
肘关节运动结构图（1）：
肘关节运动结构图（2）：
肘关节运动结构图（3）：
固联于大臂骨架
肘关节运动结构图（4）：
小臂
4．手腕的俯仰运动：

运动传动链：

关 节 电 机 5 → 联 轴 器 → 直 齿 轮 Z21/Z22→ 伞 齿 轮 Z17/Z18→齿轮18与手腕活动部分固联 →与手爪连接 部分与手腕活动部分固联 →带动手腕活动部分连同 手爪连接部分旋转运动→完成俯仰运动 当进行俯仰运动时，有附加的手部回转运动，其实 现过程如下： 当手腕部分俯仰而无其它的运动时 → 回转电机 6 不 动 → 齿轮 Z27 不动 → 俯仰运动时齿轮 Z28 的传动轴由 于安装在手腕活动部分也要绕轴线 θ5旋转→齿轮Z28 自转→向后传递→手腕有附加回转运动
手腕图例：
三、主要运动
1．腰转运动：

运动传动链：

关节电机 1→ Z1/Z2→Z3/Z4→Z4 与立柱空心 轴相连→实现腰转 轴38为一对轴承支承的悬臂轴； 齿轮33与空心轴31固联，空心轴由两个推 力轴承限制其轴向位移。轴套30起轴承座 的作用。

结构特点：

腰转运动传动原理图：
腰转运动结构图：
肩关节运动传动原理图：
肩关节运动结构图（1）：
肩关节运动结构图（2）：
肩关节运动结构图（3）：
3．肘关节运动：

肘关节的运动主要是小臂绕大臂的旋转运动。 运动传动链：

关节电机 3 → 联轴器 → 联轴器 → 伞齿轮 Z11/Z12→ 直 齿轮Z13/Z14→直齿轮Z15/Z16→齿轮Z16与小臂骨架固 联→带动小臂旋转 齿轮与小臂骨架固联，齿轮的旋转运动直接带动小 臂，完成肘关节的旋转运动。

结构特点：


手腕的俯仰运动传动原理图：
俯仰运动
偏转运动
手腕的俯仰运动结构图：
5．手腕的回转运动：

运动传动链：

关节电机 6 → 联轴器 → 伞齿轮 Z25/Z26→ 伞 齿轮 Z27/Z28→ 直齿轮 Z29/Z30→ 手腕实现回 转运动 图中所示的方向与偏转运动的方向相同， 这是一个特殊的时刻。当手腕俯仰至与手 爪连接部分向上时，便成为手部的回转运 动。
2．肩关节运动（1）：


肩关节运动即是大臂绕固定于立柱的水 平轴的旋转运动。 运动传动链：

关节电机 2→ 联轴器 → 伞齿轮 Z5/Z6→ 直齿轮 Z7/Z8→直齿轮Z9/Z10→直齿轮Z10与立柱固联 →直齿轮Z10不能旋转→小齿轮Z9自转又公转 →带动大臂绕立柱水平轴旋转→实现肩转
2．肩关节运动（2）：
大臂图例：
3．小臂：

小臂端部连着手腕，内部装有俯仰运动 （关节 5 ）、偏转运动（关节 4 ）、回转 运动（关节6）的驱动电机及部分减速齿 轮。
小臂图例（1）：
小臂图例（2）：
4．手腕：

一端连着小臂，另一端连着手部。需完 成三个方向的旋转运动。整个手腕由三 个部分构成：实现手部回转运动部分； 实现手腕、手部俯仰运动部分；实现整 个手腕偏转运动部分。
1．立柱和基座（2）：

基座：支承整个立柱以上部分，同时与
作业现场固定联接。基座上装有关节 1 的驱动电机以及基座内部为该关节的两 级直齿圆柱齿轮减速器；基座上有小臂 的定位夹板，两个控制手爪装置的气动 阀。整个基座是一个铝制的整体铸件。
立柱和基座图例：
2．大臂：

主要由内部铝制的整体铸件骨架外加薄 铝盖板构成。大臂上装有肩关节（关节 2 ）、肘关节（关节 3 ）的驱动电机，内 部装有相应的减速机构。
PT-600弧焊机器人外形图（1）：
PT-600弧焊机器人外形图（2）：
PT-600弧焊机器人腰部结构图：
PT-600弧焊机器人大臂装配图：
PT-600弧焊机器人小臂结构图：
PT-600弧焊机器人碗部结构图：
PT-600机器人小臂和腕部的连接：
思考题：


分析腰部的结构特点、工作原理及采用 的轴承特点； 分析大臂的结构特点； 分析小臂的结构特点； 画出手腕的机械传动链，分析手腕存在 的运动，并分析其结构。
1．弹性管联轴器（2）：

安装：

弹性管的两端为夹紧轴的结构，有两个螺钉， 一个用来顶紧轴，防止轴相对转动；另一个 用来锁紧，防止轴的轴向松动。

使用：

PUMA—262 机器人转轴的连接上，便使用 着这种联轴器。
弹性管联轴器图例：
2．电磁制动闸（1）：

主要组成：

主要由电磁铁、磁性活动压块、锥形块，弹 簧、定位板等构成。 当手臂切断电源时，弹簧1把活动压块6紧压 锥形块 4 ，而锥形块 4与轴 5 固联，由于摩擦， 轴5被锁住。当手臂电源接通时，电磁铁8通 电产生磁力，把活动压块 6 吸向电磁铁，与 锥形铁4脱开，轴5便能自由转动。

工作原理：

2．电磁制动闸（2）：

应用：

为了保证手臂操作过程的安全可靠， PUMA—262机器人在关节 1、2、3电机轴上 各装有一个电磁制动闸。当给闸起作用时， 使手臂保持原有的姿态。
电磁制动闸图例：
PT-600弧焊机器人：

PT-600型机器人是五自由度关节型弧 焊机器人。采用直流伺服电机驱动、 微机控制，结构紧凑，工作范围大， 不仅用于弧焊作业，还可用于搬运和 装配作业。
1．大臂的结构图（2）：
2．小臂的结构图（1）：
2．小臂的结构图（2）：
3．回转基座的结构图（1）：
五、典型零部件
1．弹性管联轴器（1）：

结构特点：


属于小型联轴器，是将一段管子的中部加工 出螺旋槽，即成为弹性管联轴器。管子的材 料主要为各类铜合金或不锈钢等具有较高弹 性、疲劳强度和塑性好的材料。 联轴器中段的螺旋槽，使其在轴向、周向都 有较大的柔性，能朝任何方向弯曲。能补偿 两轴不同轴的偏斜及轴向长度的偏差。还能 起到缓和冲击、衰减振动的作用。
θ2 314° θ3 292° θ4 578° θ5 244° θ6 534°
θ1 308°
3．主要技术参数（2）：



最大速度：1.23m/s 腕部最大载荷：1㎏ 驱动方式：直流伺服电机 操作方式：示教再现
二、主要构成
1．立柱和基座（1）：

立柱：用于支承整个臂部和腕部，同时
大臂带动小臂和腕部绕固定于立柱上的 水平轴作回转运动。立柱为薄臂铝管制 成，内部安装了关节 1 的回转轴及其轴 承、轴承座。

结构特点：

手腕的回转运动传动原理图：
俯仰运动 回转运动
偏转运动
手腕的回转运动结构图：
6．手腕的偏转运动（1）：

运动传动链：

关节电机 4 → 直齿轮 Z17/Z18→ 联轴器 → 联轴 器 → 直齿轮 Z19/Z20→ 直齿轮 Z20 与手腕固定 部分相连→带动手腕固定部分连同手腕活动 部分及手腕回转部分一同旋转实现偏转运动。