1.基本说明

虽然工业机器人的形态各异，但其本体都是由若干关节和连杆通过不同的结构设计和机械连接所组成的机械装置。

在工业机器人中，水平串联SCARA结构的机器人多用于3C行业的电子元器件安装和搬运作业；并联结构的机器人多用于电子电工、食品药品等行业的装配和搬运。这两种结构的机器人大多属于高速、轻载工业机器人，其规格相对较少。机械传动系统以同步带（水平串联SCARA结构）和摆动（并联结构）为主，形式单一，维修、调整较容易。

垂直串联是工业机器人最典型的结构，它被广泛用于加工、搬运、装配、包装机器人。垂直串联工业机器人的形式多样、结构复杂，维修、调整相对困难，本章将以此为重点，来介绍工业机器人的机械结构及维修方法。

图3－1　基本结构

垂直串联结构机器人的各个关节和连杆依次串联，机器人的每一个自由度都需要由一台伺服电机驱动。因此，如将机器人的本体结构进行分解，它便是由若干台伺服电机经过减速器减速后驱动运动部件的机械运动机构的叠加和组合。

2.基本结构

常用的小规格、轻量级垂直串联的六轴关节型工业机器人的基本结构如图3－1所示。这种结构的机器人的所有伺服驱动电机、减速器及其他机械传动部件均安装于内部，机器人外形简洁、防护性能好，机械传动结构简单、传动链短、传动精度高、刚性好，因此，被广泛用于中小型加工、搬运、装配、包装机器人，是小规格、轻量级工业机器人的典型结构。

机器人本体的内部结构示意如图3－2所示，机器人的运动主要包括整体回转（腰关节）、下臂摆动（肩关节）、上臂摆动（肘关节）及手腕运动。(www.daowen.com)

图3－2　本体的内部结构

1—基座；4—腰关节；5—下臂；6—肘关节；11—上臂；15—腕关节；16—连接法兰；18—同步带；19—肩关节；2，8，9，12，13，20—伺服电机；3，7，10，14，17，21—减速器

机器人每一关节的运动都需要有相应的电机驱动，交流伺服电机是目前工业机器人最常用的驱动电机。交流伺服电机是一种用于机电一体化设备控制的通用电机，具有恒转矩输出特性，小功率的最高转速一般为3 000～6 000 r／min，额定输出转矩通常在30 N·m以下。然而，机器人的关节回转和摆动的负载惯量大，最大回转速度低（通常为25～100 r／min），加减速时的最大输出转矩（动载荷）需要达到几百甚至几万牛·米，故要求驱动系统具有低速、大转矩输出特性。因此，在机器人上，几乎所有轴的伺服驱动电机都必须配套结构紧凑、传动效率高、减速比大、承载能力强的RV减速器或谐波减速器，以降低转速和提高输出转矩。减速器是机器人的核心部件，如图3－2所示的六轴机器人，每一驱动轴也都安装有1套减速器。

在如图3－2所示的机器人上，手回转的伺服电机13和减速器14直接安装在手部工具安装法兰的后侧，这种结构传动简单、直接，但它会增加手部的体积和质量，并影响手的灵活性。因此，目前已较多地采用手回转驱动电机和减速器安装在上臂内部，然后通过同步带、伞齿轮等传动部件传送至手部的结构形式。

3.主要特点

如图3－2所示的机器人，其所有关节的伺服电机、减速器等驱动部件都安装在各自的回转或摆动部位，除腕弯曲摆动使用了同步带外，其他关节的驱动均无中间传动部件，故称为直接传动结构。

直接传动的机器人，传动系统结构简单、层次清晰，各关节无相互牵连，不但可简化本体的机械结构、减少零部件、降低生产制造成本、方便安装调试，而且可缩短传动链，避免中间传动部件间隙、刚度对系统刚度、精度的影响，因此，其精度高、刚性好，安装方便。此外，由于机器人的所有驱动电机、减速器都安装在本体内部，因此机器人的外形简洁，整体防护性能好，安装运输也非常方便。

机器人采用直接传动也存在明显的缺点。首先，由于伺服电机、减速器都需要安装在关节部位，手腕、手臂内部需要有足够的安装空间，关节的外形、质量必然较大，导致机器人的上臂质量大、整体重心高，不利于高速运动。其次，由于后置关节的驱动部件需要跟随前置关节一起运动，例如，腕弯曲时，图3－2中的伺服电机12需要带动手回转的伺服电机13和减速器14一起运动；腕回转时，伺服电机9需要带动腕弯曲伺服电机12和减速器17以及手回转伺服电机13和减速器14一起运动等，为了保证手腕、上臂等构件有足够的刚性，其运动部件的质量和惯性必然较大，加重了伺服电机及减速器的负载。但是，由于机器人的内部空间小、散热条件差，它又限制了伺服电机和减速器的规格，加上电机和减速器的检测、维修、保养均较困难，因此，它一般用于承载能力10 kg以下、作业范围1 m以内的小规格、轻量级机器人。