【文章內容簡介】 L的自轉角γ也滿足 0176?！堞谩?360176。，我們就說該操作機具有最大的靈活度，即可自任意方向抓取物體并可把抓取的物體在空間擺成任意姿態(tài)。為了定量的說明操作機抓取和擺放物體的靈活度，我們定義組合靈活度 (dex)為 : dex=α /360176。 +β /360176。 +γ /360176。 =xx%+xx%+xx% 9 上式取“加”的形式，但一般不進行加法運算，因為分開更能表現(xiàn)結構的特點。 腕結構最重要的評價指標就是 dex 值。若為 3 個百分之百，該手腕就是最靈活的手腕。一般說來，α、β的最大值取 360176。，而γ值可取的更大一些，如果擰螺釘，最好γ無上限。 腕結構是操作機中最復雜的結構，而且因轉動系統(tǒng)互相干擾，更增加了腕結構的設計難度。腕部的設計要求是 :重量輕， dex 的組合值必須滿足工作要求并留有一定的裕量 (約 5%— 10%，轉動系統(tǒng)結構簡單并有利于小臂對整機的靜力平衡。 單自由度手腕 SCARA 水平關節(jié)裝配機器人多采用單自由度手腕， 該類機器人操作機的手腕只有繞垂直軸的一個旋轉自由度。為了減輕操作機的懸臂的重量，手腕的驅動電機固結在機架上。手腕轉動的目的在于調整裝配件的方位。由于轉動為兩級等徑輪齒形帶，所以大、小臂的轉動不影響末端執(zhí)行器的水平方位，而該方位的調整完全取決于腕傳動的驅動電機。這時確定末端執(zhí)行器方位的角度 (以機座坐標系為基準 )將是大小臂轉角以及腕轉角之和。 兩自由度手腕 兩 自由度手腕有兩種結構 : 1） 匯交式兩自由度 手腕兩自由度手腕的末桿與小臂中線重合，兩個鏈輪對稱分配在兩邊。β≤ 200176。 ,γ≥ 360176。 , dex= 0+80%+100%，如圖 ， 2） 偏置式兩自由度手腕 手腕的末桿偏置在在小臂中線的一邊。 β≥ 360176。 ,γ≥ 360， dex=0+100%+100%優(yōu)點是腕部結構緊湊，小臂橫向尺寸較小 (薄 )。 兩自由度的另兩種結構。一種是將諧波減速器這置于碗部，驅動器通過齒形帶帶動諧波，或經(jīng)錐齒輪再帶動諧波使末桿 L獲得α . γ兩自由度運動。另一種則是將驅動電機 1和諧波減 速器連成一體，放于偏置的殼中直接帶動 L完成角轉動，β角則是由鏈傳動完成 。 10 如圖 1 法蘭 2錐齒輪組 3錐齒輪 4彈簧 8鏈輪 6軸承 7殼體 三自由度手腕 三自由度的手腕形式繁多。三自由度手腕是在兩自由度的基礎上加一個整個手腕相對于小臂的轉動自由度 (用角度參數(shù)α表示 )而形成的。當不考慮結構限制，即α、β、γ都能在 0176。～ 360176。范圍取值，末端執(zhí)行器的靈活度dex=100%+100%+100%，也就是說具有百分之百的靈活度。這就是說手爪可自任意方向接進物體 ，也可將物體轉到任意姿勢。所以三自由度是“萬向”型手腕，可 11 以完成兩自由度手腕很多無法完成的作業(yè)。近年來，大多數(shù)關節(jié)型機器人都采用了三自由度手腕。主要有兩類 : 1)匯交手腕 (或稱正交手腕 )它是α、β、γ的旋轉軸線匯交于一點。 2)偏置式手腕它是α、β、γ的旋轉軸線互相垂直，但不匯交于一點。 這兩類手腕都是把β、γ運動的減速器安裝在手腕上，可簡化小臂結構，但卻增加了手腕本身的重量和復雜程度。 通用機器人腕部結構選型 如圖 所示，是匯交式手腕 (或正交手腕 )，即α、β、γ的 旋轉軸線匯交于一點?？梢钥闯?，電機 (1)經(jīng)錐齒輪副 ((3, 4)和齒型帶傳動 (9, 10, 13), 再經(jīng)錐齒輪副 (5, 6)和諧波減速器 (16)帶動法蘭 (1機械接口 )轉動，完成末桿(法蘭 )γ的運動。電機 2經(jīng)錐齒輪副 (7, 8)和齒型帶傳動 (11, 12, 14), 通過諧波減速器帶動腕殼擺動，完成末桿 p 的運動。整個手腕又由置于小臂后部的電機(上圖未畫 )，經(jīng)過諧波傳動，帶動小臂作繞自身軸線的轉動，即α運 動。 圖 正交式手腕 12 減速器的配置可以分為前置式和后置式。后置式有利于小臂的平衡。前置式加大了腕部的復雜程度和重量，對小臂乃至整機的平衡不利，但可簡化整個小臂的結構，而且當腕部使用同步齒形帶時，只能采用這種布置，因為齒形帶只能用于高速級。這種布置還可簡化后面三個驅動系統(tǒng)的結構。對于平行軸轉動，減速器前置可以匹配小臂與手腕的幾何尺寸。如圖 所示，我選用 :減速器的配置為前置式是把α、γ兩自由度的減速器裝在手腕內。 電機配置也可以分為前置式和后置式。前置式有一個電機配置在手腕中，其最大優(yōu)點是大大簡化了小臂的結構和傳動過程的軸線干 擾，但加重了腕部。這種結構較適合于小負荷操作機。必須指出，這種結構的手腕也屬于非匯 (正 )交式，由它構成的六自由度操作機無解析解。電機后置式的驅動電機都布置在腕的后面。對于中小負載的操作機，電機可布置在臂的空腔中，而對于大負載操作機，由于電機重而且大，電機多布置在臂的后端，以減少臂的尺寸和前部重量，并與減速器一起對小臂起平衡作用。如圖 所示。 13 機器人由操作機 (機械本體 )、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電 一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩(wěn)定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業(yè)以及非產業(yè)界的重要生產和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。 : 在傳統(tǒng)的設計與制造過程中，通常要制造樣機進行 實驗，有時這些實驗甚至是破壞性的。當通過實驗發(fā)現(xiàn)缺陷時，就要回頭修改設計并再用樣機驗證。這一過程是冗長的，尤其對于結構復雜的系統(tǒng)，設計周期更加漫長，更不用談對市場的靈活反應了。于是運動分析 — 虛擬樣機技術便應運而生了。它可以使產品設計人員在虛擬環(huán)境中真實地模擬機器人的運動及受力情況，快速分析多種設計方案，進行對物理樣機而言難以進行或根本無法進行的實驗，直到獲得最優(yōu)化的設計方案。這種方法不但可以縮短開發(fā)周期，而且設計質量和效率也得到了很大的提高。 14 2 末端執(zhí)行器 末端執(zhí)行器是裝在機器人操作機的機械接口 上，用于使機器人完成作業(yè)任務而專門設計的裝置。末端執(zhí)行器種類繁多，與機器人的用途密切相關，最常見的有用于抓拿物件的夾持器 。用于加工工件的銑刀，砂輪和激光切割器 :用