常见的六轴关节机器人的机械结构

1、5J3axismotorEIbowg、戸-o*JrKL；Jo上xis_=reducfioFgear9J5gi步mctorForearmJ6$xismotorvJOJ5zxdtimingbelt6J3、IF亠/J5axisWEsthgAing/广日ductiongearUpperJ1axisrBcfuGtiong,阴rShoulder3,J2muLQrcditctioiar;.JFI-J;*ISC1上图为常见的六轴关节机器人的机械结构，六个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮等驱动六个关节轴的旋转日JT4（旋转）弯曲）（旋转）在这三种手腕部的结构中，以第一种（RBR型）结构应用最为广泛，它适应于

2、各种工作场合，后两种结构应用范围相对较窄，比如说3R型的手腕结构主要应用在喷涂行业等。，注意观察一、二、三、四轴的结构，关节一至关节四的驱动电机为空心结构，关节机器人的驱动电机采用空心轴结构应该不常见，空心轴结构的电机一般较大。采用空心轴电机的优点是：机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过，无论关节轴怎么旋转，管线不会随着旋转，即使旋转，管线由于布置在旋转轴线上，所以具有最小的旋转半径。此种结构较好的解决了工业机器人的管线布局问题。对于工业机器人的机械结构设计来说，管线布局是难点之一，怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线（六个电机的驱动线、编码器线、刹车线、气管、电磁阀控制线、传感器线

3、等），使其不受关节轴旋转的影响，是一个值得深入考虑的问题。RR关节设计：对于国外的工业机器人主要制造国家来说，六轴关节机器人的研发设计及制造已经有好几十年的历史了，整个工业机器人的研发制造体系较为完善，他们的技术相对来说比较成熟，他们在相互竞争中可以相互模仿、改善、不断推陈出新，他们的技术对于国内来说，近乎完美而国内目前这个行业还处在黎明前的黑暗阶段，虽然有不少公司有这个研发意图，或者正在研发途中，不管怎么说，浮出水面公布自己正在研发或者研发成功的公司应该说是极少数，即使宣布自己研发成功，也只是初步试验成功，真正产业化、商品化还有一段相当漫长的路要走而更多的公司还停留在项目立项、技术评估、投入

4、风险分析的阶段由于国内做这个行业的很少，相关的结构也没有什么可参考的，技术储备不足，少数的单位或个人有机会能够拆拆别人的机器，拆个一知半解，更多的人只能在旁边看看了（比如说我，想拆都没机会匕），还好了，网络资源丰富，今搜集到不少机械结构方面的图片，分享给大家参考，希望咱们做机械设计的（我应该也算是个机械工程师啊毕竟我也是做机械的）少走点弯路，做出更好的机器.六轴关节机器人的腕部关节设计较为复杂，因为在腕部同时集成了三种运动小型的六轴关节机器人的腕部关节主要采用谐波减速器下面的图片较为详细的描述了常见的六轴关节机器人的腕部结构。1nP-J图所示的腕部关节用到了两个谐波减速器，两个同步齿型带传动输

5、入，中间还用到了一对锥齿轮副传动。业机O口/|核/心I-谐减速O口CircularSplineLEXSPLINEWaveGenerator机器人驱动系统要求传动系充间隙小、刚度大、输出扭矩高以及减速比大，常用的减速机构有:3）摆线针轮减速机构；1）RV减速机构；4）行星齿轮减速机械；2）谐波减速机械；无侧隙减速机构；6）蜗轮减速机构；7）滚珠丝杠机构；/|1带/形”减速UI构；9）球减速机构。其中谐波减速器广泛应用于小型的六轴搬运及装配机械手中，下面介绍其工作原理FlexsplineCrossRollerBearingutputflangeWaveGeneratorCircularSpline

6、CircuiarSpline(case)WaveGenerator(input)Flexspline以下内容摘自百度百科（稍有修改）：谐波齿轮减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。谐波齿轮传动（简称谐波传动），它是依靠柔性零件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种行星齿轮传动。（）传动原理它主要由三个基本构件组成：（1）带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）2,它相当于行星系中的中心轮；（2）带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）1,它相当于行星齿轮；（3）波发生器H,它相当于行星架。作为减速器使用，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。波发生器H是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，

7、与柔轮1的内壁相互压紧。柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。在传动过程中，波发生器转一周，柔轮上某点变形的循环次数称为波数，以n表示。常用的是双波和三波两种。双波

8、传动的柔轮应力较小，结构比较简单，易于获得大的传动比。故为目前应用最广的一种。谐波齿轮传动的柔轮和刚轮的周节相同，但齿数不等，通常采用刚轮与柔轮齿数差等于波数，即z2z1=n式中z2、z2-分别为刚轮与柔轮的齿数。当刚轮固定、发生器主动、柔轮从动时，谐波齿轮传动的传动比为i=-z1/（z2-z1）双波传动中，z2z1=2，柔轮齿数很多。上式负号表示柔轮的转向与波发生器的转向相反。由此可看出，谐波减速器可获得很大的传动比。（二）特点承载能力高谐波传动中，齿与齿的啮合是面接触，加上同时啮合齿数（重叠系数）比较多，因而单位面积载荷小，承载能力较其他传动形式高。.传动比大单级谐波齿轮传动的传动比，可达

9、i=70500。.体积小、重量轻。传动效率高、寿命长。5传动平稳、无冲击，无噪音，运动精度高。6.由于柔轮承受较大的交变载荷，因而对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂。谐波减速器在国内于六七十年代才开始研制，到目前已有不少厂家专门生产，并形成系列化。广泛应用于电子、航天航空、机器人等行业，由于它的独特优点,在化工行业的应用也逐渐增多。SplWaveGFlexsplineTheFlexsplineisellipticallyshapedbyTheWaveGeneratorandengagedwiththeCircularSplineatthemajorellipticalaxi

10、s.Theteethcompletelydisengageor)theminoraxis.90fWhentheCircularSplineisfixedandtheWavegeneratorrotatesclockwise,theFlexsplineiselasticallydeformedandrotatescounterclockwiserelativetotheCircularSpline.Foreach360degreesclockwisemove-mentoftheWaveGenerator,theFlexsplinemovescounterclockwisebytwoteethre

11、lativetotheCircularSpline.服电机选型量匹配在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。其具体表现为：在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；在调试时，正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提。此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，这样，就有了惯量匹配的问题。一、什么是“惯量匹配”？1、根据牛顿第二定律：进给系统所需力矩T=系统传动惯量JX角加速度B角”加速度B影响系统的动态特性，B越小，则由控制器发出指令到系统执行

12、完毕的时间越长，系统反应越慢。如果B变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变，如果希望B的变化小，则J应该尽量小。2、进给轴的总惯量“严伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL。负载惯量JL由（以平面金切机床为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。二、“惯量匹配”如何确定？传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。惯量

13、大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求，但大多要求JL与JM的比值小于十以内。一句话，惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。对于基础金属切削机床，

14、对于伺服电机来说，一般负载惯量建议应小于电机惯量的5倍。惯量匹配对于电机选型很重要的，同样功率的电机，有些品牌有分轻惯量，中惯量，或大惯量。其实负载惯量最好还是用公式计算出来。常见的形体惯量计算公式在以前学的书里都有现成的（可以去查机械设计手册）。我们曾经做过一试验，在一伺服电机的轴伸，加一大的惯量盘准备用来做测试，结果是：伺服电机低速时停不住，摇头摆尾，不停地振荡怎么也停不下来。后来改为：在两个伺服电机的轴伸对接加装联轴器，对其中一个伺服电机通电，作为动力即主动，另一个伺服电机作为从动，即做为一个小负载。原来那个摇头摆尾的伺服电机，启动、运动、停止，运转一切正常！三、惯量的理论计算的功式？惯

15、量计算都有公式，至于多重负载，比如齿轮又带齿轮，或涡轮蜗杆传动，只要分别算出各转动件惯量然后相加即是系统惯量，电机选型时建议根椐不同的电机进行选配。负载的转动惯量肯定是要设计时通过计算算出来拉，如果没有这个值，电机选型肯定是不那么合理的，或者肯定会有问题的，这是选伺服的最重要的几个参数之一。至于电机惯量，电机样本手册上都有标注。当然，对某些伺服，可以通过调整伺服的过程测出负载的惯量，作为理论设计中的计算的参考。毕竟在设计阶段，很多类似摩擦系数之类的参数只能根据经验来猜，不可能准确。理论设计中的计算的公式：（仅供参考）通常将转动惯量J用飞轮矩GD2来表示，它们之间的关系为J=mpA2=GDA2/

16、4g式中m与G转动部分的质量（kg）与重量（N）；与D惯性半径与直径（m）;g=9.81m/s2重力加速度飞轮惯量=速度变化率*飞轮距/375当然，理论与实际总会有偏差的，有些地区（如在欧洲），一般是采用中间值通过实际测试得到。这样，相对我们的经验公式要准确一些。不过，在目前还是需要计算的，也有固定公式可以去查机械设计手册的。四、关于摩擦系数？关于摩擦系数，一般电机选择只是考虑一个系数加到计算过程中，在电机调整时通常都不会考虑。不过，如果这个因素很大，或者讲，足以影响电机调整，有些日系通用伺服，据称有一个参数是用来专门测试的，至于是否好用，本人没有用过，估计应该是好用的。有网友发贴说，曾有人发

17、生过这样的情况：设计时照搬国外的机器，机械部分号称一样，电机功率放大了50%选型，可是电机转不动。因为样机的机械加工、装配的精度太差，负载惯量是差不多，可摩擦阻力相差太多了，对具体工况考虑不周。当然，黏性阻尼和摩擦系数不是同一个问题。摩擦系数是不变值，这点可以通过电机功率给予补偿，但黏性阻尼是变值，通过增大电机功率当然可以缓解，但其实是不合理的。况且没有设计依据，这个最好是在机械状态上解决，没有好的机械状态，伺服调整完全是一句空话。还有，黏性阻尼跟机械结构设计、加工、装配等相关，这些在选型时是必须考虑的。而且跟摩擦系数也是息息相关的，正是因为加工水平不够才造成的摩擦系数不定，不同点相差较大，甚至技术工人装配水平的差异也会导致很大的差异，这些在电机选型时必须要考虑的。这样，才会有保险系数，当然归根结底还是电机功率的问题。五、惯量的理论计算后，微调修正的简单化可能有些朋友觉的：太复杂了！实际情况是，某品牌的产品各种各样的参数已经确定，在满足功率，转矩，转速的条件