服务机器人的手臂设计

手臂是机器人执行机构中重要的部件，它的作用是将被抓取的工件运送到给定的位置上。一般机器人手臂有3个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降（或俯仰）运动。手臂回转和升降运动是通过机座的立柱实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现，因此，它不仅仅承受被抓取工件的重量，而且也承受末端操作器、手腕和手臂自身的重量。手臂的结构、工作范围、灵活性、抓重大小（即臂力）和定位精度都直接影响机器人的工作性能。

按结构形式区分，手臂分为单臂式、双臂式及悬挂式3种。按运动形式区分，手臂分为直线运动的［如伸缩、升降及横向（或纵向）移动］手臂、回转运动的［如左右回转，上下摆动（即俯仰）］手臂；复合运动的（如直线运动和回转运动的组合，两直线运动的组合，两回转运动的组合）手臂。下面分别介绍手臂的运动机构。

1.手臂的直线运动机构

机器人手臂的伸缩、升降及横向（或纵向）移动均属于直线运动，而实现手臂直线往复等运动的机构形式较多，常用的有活塞油（气）缸，活塞缸和齿轮齿条机构，丝杠螺母机构等。

直线往复运动可采用液压或气压驱动的活塞油（气）缸。由于活塞油（气）缸的体积小，重量轻，因而在机器人手臂结构中应用较多。手臂和手腕是通过连接板安装在升降油缸的上端，当双作用油缸的两腔分别通入压力油时，则推动活塞杆（即手臂）做直线往复移动。导向杆在导向套内移动，以防手臂伸缩时的转动（并兼作手腕回转缸及手部的夹紧油缸的输油管道）。由于手臂的伸缩油缸安装在两根导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，故受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。

2.手臂回转运动机构

实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片式回转缸、齿轮传动机构、链轮传动机构和连杆机构。齿轮齿条机构是通过齿条的往复移动，带动与手臂连接的齿轮做往复回转，即可实现现手臂的回转运动。带动齿条往复移动的活塞缸可以由压力油或压缩气体驱动。(www.xing528.com)

3.手臂俯仰运动机构

机器人手臂的俯仰运动一般采用活塞油（气）缸与连杆机构联用来实现。手臂的俯仰运动使用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞杆和手臂槽用铰链连接，缸体采用尾部耳环或中部销轴等方式与立柱连接。此外，也可以采用无杆活塞缸驱动齿轮齿条或四连杆机构实现手臂的俯仰运动。

4.手臂复合运动机构

手臂的复合运动多数用于动作程序固定不变的专用机器人。它不仅使机器人的传动结构简单，而且可简化驱动系统和控制系统，并使机器人传动准确、工作可靠，因而在生产中应用较多。除手臂实现复合运动外，手腕与手臂的运动亦能组成复合运动。

手臂（或手腕）和手臂的复合运动，可以由动力部件（如活塞缸、回转缸、齿条活塞缸等）与常用机构（如凹槽机构、连杆机构、齿轮机构等）按照手臂的运动轨迹或手臂和手腕的动作要求进行组合。下面分别介绍手臂及手臂与手腕的复合运动。