手臂是操作机中的主要运动部件,它用来支承手腕和手部,并用来调整手部在空间的位置。

　　手臂一般有三个自由度,即手臂的伸缩、回转和升降 (或俯仰)运动。手臂的直线运动可通过液压缸或汽缸驱动来实现,也可以通过齿轮齿条、滚珠丝杠、直线电动机等来实现。回转运动的实现方法很多,例如蜗轮蜗杆式、齿轮齿条式、链轮链条式,以及谐波齿轮传动装置等。

　　手臂不仅承受被抓取工件的重量,还承受末端执行器、手腕和手臂自身重量。图2-2所示为 PUMA 型工业机器人的手臂传动机构。

　　其大、小臂是用高强度铝合金材料制成的薄臂框形结构,各运动都采用齿轮传动。

　　驱动大臂的传动机构如图2-2 (a)所示,大臂1的驱动电动机7安置在臂的后端,兼起配重平衡作用,运动经电动机轴上的小锥齿轮6、大锥齿轮5和一对圆柱齿轮2、3驱动大臂轴转动。驱动小臂17的传动机构如图2-2 (b)所示,驱动装置安装于大臂10的框形臂架,驱动电动机11也置于大臂后端,经驱动轴12,锥齿轮9、8,圆柱齿轮14、15,驱动小臂轴转动。回转机座的回转运动则由伺服电动机24经齿轮23、22、21和19驱动,如图2-2 (c)所示。图中偏心套4、13、16及20用来调整齿轮传动间隙。

　　腕部的作用工业机器人手腕是手臂和手部的连接部件,起支承手部和改变手部姿态的作用。机器人一般具有六个自由度才能使手部达到目标位置和处于期望的姿态,手腕上的自由度主要实现所期望的姿态。

　　手腕的自由度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,如图2-3所示。通常把手腕的翻转称为 Roll,用 R表示;把手腕的俯仰称为 Pitch,用 P 表示;把手腕的偏转称为 Yaw,用 Y 表示。图2-3 (d)所示手腕即可实现 RPY 运动。

　　(1)单自由度手腕单自由度手腕如图2-4所示。其中,图2-4 (a)所示为一种回转 (roll)关节,它使手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴线形式,这种 R 关节旋转角度大,可达360°以上;图2-4 (b)、图2-4 (c)所示为一种弯曲 (bend)关节,也称 B关节,关节轴线与前、后两个连接件的轴线相垂直。这种 B 关节因为受到结构上的干涉,旋转角度小,方向角大大受限。图2-4 (d)所示为移动 (translate)关节,也称 T 关节。

　　二自由度手腕如图2-5所示。二自由度手腕可以是由一个R关节和一个B关节组成的12工业机器人应用与编程技术BR手腕 [图2-5 (a)],也可以是由两个 B关节组成的 BB手腕 [图2-5 (b)]。但是不能由两个 RR关节组成 RR手腕,因为两个 R关节共轴线,所以退化了一个自由度,实际只构成单自由度手腕 [图2-5 (c)]。二自由度手腕中最常用的是 BR手腕。