3.3　典型结构剖析

3.3.1　机身结构剖析

6轴垂直串联是工业机器人使用最广、最典型的结构形式,典型机器人的机身典型结构剖析如下。

(1)基座及腰

基座用于机器人的安装、固定,也是机器人的线缆、管路的输入部位。垂直串联机器人基座的典型结构如图3.3.1所示。

基座的底部为机器人安装固定板,内侧上方的凸台用来固定腰回转S(J1)轴的RV减速器壳体(针轮),减速器输出轴连接腰体。基座后侧为机器人线缆、管路连接用的管线盒,管线盒正面布置有电线电缆插座、气管油管接头。

腰回转轴S的RV减速器一般采用针轮(壳体)固定、输出轴回转的安装方式,由于驱动电机安装在输出轴上,电机将随同腰体回转。

腰部是机器人的关键部件,其结构刚性、回转范围、定位精度等都直接决定了机器人的技术性能。

机器人腰部的典型结构如图3.3.2所示。腰回转驱动电机1的输出轴与RV减速器的芯轴2(输入)连接。电机座4和腰体6安装在RV减速器的输出轴上,当电机旋转时,减速器输出轴将带动腰体、电机在基座上回转。腰体6的上部有一个凸耳5,其左右两侧用来安装下臂及其驱动电机。

(2)上/下臂

下臂是连接腰部和上臂的中间体,它需要在腰上摆动,下臂的典型结构如图3.3.3所示。下臂体5和驱动电机1分别安装在腰体上部凸耳的两侧;RV减速器安装在腰体上,伺服电机1可通过RV减速器,驱动下臂摆动。

下臂摆动的RV减速器通常采用输出轴固定、针轮(壳体)回转的安装方式。驱动电机1安装在腰体凸耳的左侧,电机轴与RV减速器7的芯轴2连接;RV减速器输出轴通过螺钉4固定在腰体上,针轮(壳体)通过螺钉8连接下臂体5;电机旋转时,针轮将带动下臂在腰体上摆动。

上臂连接下臂和手腕的中间体,它可连同手腕摆动,上臂的典型结构如图3.3.4所示。上臂6的后上方设计成箱体,内腔用来安装手腕回转轴R的驱动电机及减速器。上臂回转轴U的驱动电机1安装在臂左下方,电机轴与RV减速器7的芯轴3连接。RV减速器7安装在上臂右下侧,减速器针轮(壳体)利用连接螺钉5(或8)连接上臂;输出轴通过螺钉10连接下臂9;电机旋转时,上臂将连同驱动电机绕下臂摆动。

3.3.2　手腕结构剖析

(1)R轴

垂直串联机器人的手腕回转轴R一般采用结构紧凑的部件型谐波减速器。R轴驱动电机、减速器、过渡轴等传动部件均安装在上臂的内腔;手腕回转体安装在上臂的前端;减速器输出和手腕回转体之间,通过过渡轴连接。手腕回转体可起到延长上臂的作用,故R轴有时可视为上臂回转轴。

前驱结构的机器人R轴典型传动系统如图3.3.5所示。

R轴谐波减速器3的刚轮和电机座2固定在上臂内壁;R轴驱动电机1的输出轴和减速器的谐波发生器连接;谐波减速器的柔轮输出和过渡轴5连接。过渡轴5是连接谐波减速器和手腕回转体8的中间轴,它安装在上臂内部,可在上臂内回转。过渡轴的前端面安装有可同时承受径向和轴向载荷的交叉滚子轴承(CRB)7;后端面与谐波减速器柔轮连接。过渡轴的后支承为径向轴承4,轴承外圈安装于上臂内侧;内圈与过渡轴5、手腕回转体8连接,它们可在减速器输出的驱动下回转。

(2)B轴

前驱结构的机器人B轴典型传动系统如图3.3.6所示。它同样采用部件型谐波减速器,以减小体积。前驱机器人的B轴驱动电机2安装在手腕体17的后部,电机通过同步带5与手腕前端的谐波减速器8输入轴连接,减速器柔轮连接摆动体12;减速器刚轮和安装在手腕体17左前侧的支承座14是摆动体12摆动回转的支承。摆动体的回转驱动力来自谐波减速器的柔轮输出,当驱动电机2旋转时,可通过同步带5带动减速器谐波发生器旋转,柔轮输出将带动摆动体12摆动。

(3)T轴

采用前驱结构的机器人T轴机械传动系统由中间传动部件和回转减速部件组成,其传统系统典型结构分别如下。

① T轴中间传动部件　T轴中间传动部件典型结构如图3.3.7所示。

T轴驱动电机1安装在手腕体3的中部,电机通过同步带将动力传递至手腕回转体左前侧。安装在手腕体左前侧的支承座13为中空结构,其外圈作为腕弯曲摆动轴B的辅助支承;内部安装有手回转轴T的中间传动轴。中间传动轴外侧安装有与电机连接的同步带轮8,内侧安装有45°锥齿轮14。锥齿轮14和摆动体上的45°锥齿轮啮合,实现传动方向变换,将动力传递到手腕摆动体。

② T轴回转减速部件　机器人手回转轴T的机械传动系统典型结构如图3.3.8所示。

T轴同样采用部件型谐波减速器,主要传动部件安装在壳体7、密封端盖15组成的封闭空间内;壳体7安装在摆动体1上。T轴谐波减速器9的谐波发生器通过锥齿轮3与中间传动轴上的锥齿轮啮合;柔轮通过轴套11,连接CRB轴承12内圈及工具安装法兰13;刚轮、CRB轴承外圈固定在壳体7上。谐波减速器、轴套、CRB轴承、工具安装法兰的外部通过密封端盖15封闭,并和摆动体1连为一体。