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，如下图所示。
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，把手腕的偏转叫做 Yaw，用Y表示。下图手腕就可实现RPY运动。
腕部结构特点
• 手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用主 要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手 部在空间的方位，以扩大机械手的动作范围， 并使机械手变的更灵巧，适应性更强。一般机 械手手腕设有回转运动或再增加一个上下摆动 即可满足工作要求。目前，应用最为广泛的手 腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结 构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 270。）,并且要求严格密封，否则就难保证稳 定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况 下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。
谢谢
设计要求
• 3、必须考虑工作条件 对于高温作业和腐 蚀性介质中工作的机械手，其腕部在设计 时应充分估计环境对腕部的不良影响比如 热膨胀、压力油的粘度和燃点，有关材料 及电控元件的耐热性等。
二、手腕的分类
1.按自由度数目来分类： 可分为单自由度手腕、二自由度手腕、 三自由度手腕。
腕部实际所需要的自由度 数目应根据机器人的工作
双回转油缸驱动手腕图例：
三、手腕设计举例 图中所示为具有两个自由度的手腕，是一种BR手腕。 手腕翻转由回转油缸3驱动，其中回转油缸壳体相对不 动，而动片与夹紧油缸5的外壳固联并一起回转。手腕 上下摆动即轴2的俯仰，是由安装在手臂尾部的回转油 缸4通过一对齿轮、链轮、链条及手腕上的链轮实现的。 此手腕具有传动简单，结构紧凑和轻巧等特点。
驱动机构
• 驱动机构是工业机械手的重要组成部分。 根据动力源的不同，工业机械手的驱动机 构大致可分为液压、气动、电动和机械驱 动等四类。采用液压机构驱动机械手，结 构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。 • 气压驱动 气压驱动的动力源来自空压机产生的压缩 空气，通过气压传动来控制执行机构的运 动。
• 电动机驱动 首先要考虑电源和电动机的调速控制装置等的 组成。 • a、电源 电源为驱动电动机提供电能，电动机 将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或 直接驱动车门机构。目前，应用最广泛的电源 是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展， 铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢， 寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发 展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、 燃料电池、飞轮电池等。
设计要求
• 1、力求结构紧凑、重量轻 腕部处于臂部的 最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂 部承受。显然，腕部的结构、重量和动力 载荷，直接影响着臂部结构、重量和运作 性能。因此，在腕部设计时，必须力求结 构紧凑、重量轻
设计要求
• 2、综合考虑,合理布局 。腕部作为机械手 的执行机构，又承担连接和支承作用，除 保证力和运动的要求以及具有足够的强度、 刚度外，还应综合考虑合理布局。如应解 决好腕部与臂部和手部的连接，腕部各个 自由度的位置检测，管线布置，以及润滑、 维修、调整等问题
• b、驱动电动机 驱动电动机的作用是将电源的 电能转化为机械能，通过传动装直接驱动车轮 和工作装置。目前汽车上广泛采用直流串激电 动机，这种电机具有"软"的机械特性，串激电 动机负载的大小对电动机的转速影响较大,当 负载转矩较大时电动机的转速较低,当负载轻 时,转速又升高；还有一个优点就是启动时的 励磁电流大，所以与汽车的行驶特性非常相符。 但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、 效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术 和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷 电动机（BCDM）、开关磁阻电机（SRM）和 交流异步电动机所取代
性能要求来确定。在有些
情况下，腕部具有两个自
由度：翻转和俯仰或翻转
和偏转。
2.按驱动方式分类 (1)直接驱动手腕。
手腕因为装在手臂末端,所以必须设计得十分紧 凑，可以把驱动源装在手腕上。下图所示是Moog公司 的一种液压直接驱动的BBR手腕，设计紧凑巧妙。Ml、 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。这种直接驱动手腕的关键是能否选 到尺寸小、重量轻而驱动力矩大、驱动特性好的驱动 电机或液压驱动马达。
工业机器人设计
摘要
• 本报告就工业机器人腕部，从分类、结构 特点、设计要求几方面做了一个系统的介 绍。并通过一个简单示例，对驱动系统和 腕部回转自由度的工作原理进行了深入探 讨。
腕部设计
一、概述
工业机器人的腕部是联接手部与臂部的部件， 起支承手部的作用。机器人一般具有六个自由度才 能使手部(末端操作器)达到目标位置和处于期望的 姿态，手腕上的自由度主要是实现所期望的姿态。
• （3）液压驱动 液压泵是将电动机输出的机械能转换为液 体压力能的能量转换装置，是液压系统的 动力源。液压驱动执行机构是液压缸，是 将液体的压力能转化为机械能，用于驱动 工作机构作直线往复运动或往复摆动的。 其结构简单、工作可靠，与杠杆、连杆、 齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等机构配合能 实现多种机械运动
• 液压缸按其作用方式的不同，分为单作用 式和双作用式两大类。单作用液压缸只利 用液压力推动向一用 缸正反向的运动都依靠液压力推动来实现。 如果采用液压缸来驱动，则可以实现机械 手的多方位运动。
3．双回转油缸驱动手腕 ：
• 结构特点： – 采用双回转油缸驱动，一个带动手 腕作俯仰运动，另一个油缸带动手 腕作回转运动。 – V-V视图表示的回转缸中动片带动 回转油缸的刚体，定片与固定中心 轴联结实现俯仰运动；L-L视图表示 回转缸中动片与回转中心轴联结， 定片与油缸缸体联结实现回转运动。
(2)远距离传动手腕，图中所示是一种远距离传动的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，不仅减轻手腕的整 体质量，而且改善了机器人整体结构的平衡性。
• c、电动机调速控制装置 电动机调速控制装 置的作用是控制电动机的电压或电流，完 成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。 应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均 匀地改变电动机的端电压，控制电动机的 电流，来实现电动机的无级调速。在驱动 电动机的旋向变换控制中，直流电动机依 靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实 现电动机的旋向变换。