今天分享的是：第2章 工业『机器人』️的机械结构【123页PPT】
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一文读懂工业『机器人』️机械结构：从末端执行器到行走系统的技术解析
在工业自动化浪潮中，工业『机器人』️已成为生产线上的核心力量。不同于大众印象中拟人化的『机器人』️形象，绝大多数工业『机器人』️以机械结构为核心，通过末端执行器、手腕、手臂、机身与行走机构的协同，完成精密作业。这些机械结构的设计与性能，直接决定了『机器人』️的作业精度、效率与适用场景，下面我们就来深入解析工业『机器人』️机械结构的核心组成与技术特点。
末端执行器作为工业『机器人』️与工件直接接触的“手部”，是实现作业功能的关键部件。它并非标准化产品，而是根据具体任务定制，主要分为夹钳式、吸附式、专用型等多种类型。夹钳式末端执行器类似日常手钳，由手指、驱动装置与传动机构构成，广泛应用于装配流水线。其手指设计极具针对性，V形指适合夹持圆柱形工件，平面指用于方形工件，尖指则针对小型或柔性工件，部分手指还会镶嵌橡胶、石棉等材料，以保护已加工表面或适应炽热件夹持需求。驱动方式上，气动、液动、电动各有应用，比如气压驱动的夹钳式执行器，能通过压缩空气推动活塞，带动手指快速张合。
吸附式末端执行器则依靠吸附力取料，特别适合大平面、易碎或微小物体。其中，气吸附式通过吸盘内形成负压实现抓取，分为真空吸附、气流负压吸附等类型。真空吸附依靠真空泵产生高真空度，吸附力强且工作可靠，常用于玻璃、磁盘等精密件搬运；气流负压吸附利用压缩空气高速流动形成负压，无需复杂真空系统，在一般工厂中应用便捷。磁吸附式则借助永久磁铁或电磁铁的磁力工作，不会损伤工件表面，适用于钢铁等磁性材料，但需注意工件可能残留剩磁，影响后续工序。
专用末端执行器则让『机器人』️“变身”多面手，在通用『机器人』️上安装焊枪可成为焊接『机器人』️，装上拧螺母机则变成装配『机器人』️。此外，工具快换装置能让『机器人』️在数秒内切换不同执行器，大幅提升柔性生产效率；多工位换接装置类似数控加工中心的刀库，可满足集中作业场景下的快速换接需求；而仿生多指灵巧手更是突破传统，能模仿人手完成拧螺钉、弹钢琴等复杂动作，为精密装配等领域提供新可能。
手腕是连接手臂与末端执行器的“枢纽”，主要作用是调整末端执行器的方位与姿态，通常具备2-3个自由度，分别实现扭转（绕手臂轴旋转）、俯仰（上下摆动）与偏摆（左右摆动）。不同『机器人』️的手腕结构差异较大，SCARA『机器人』️是唯一无需安装手腕的类型，其他『机器人』️手腕多由转动关节（R关节）与扭转关节（T关节）组合而成。比如PUMA 262『机器人』️采用RRR结构，安川HP20工业『机器人』️则为RBR结构。在精密装配作业中，柔顺手腕尤为重要，它通过机械结构或检测控制手段，在夹具或『机器人』️定位不准时自行校正，避免工件卡住，保障装配精度。
手臂作为连接机身与手腕的“躯干”，承担着确定末端执行器空间位置、传递载荷的重任，通常具备伸缩、回转、升降（或俯仰）3个自由度。其结构需兼顾强度与灵活性，直接承受腕部、手部及工件的动静态载荷，高速运动时还需应对惯性力冲击。从结构形式看，手臂可分为单臂式、双臂式与悬挂式，运动形式则包括直线运动、回转运动及复合运动。直线运动多通过活塞缸、丝杠螺母机构实现，比如双导向杆手臂依靠液压缸驱动，实现稳定伸缩；回转运动可借助齿轮齿条机构，通过齿条往复移动带动齿轮旋转，进而实现手臂回转；复合运动则是直线与回转运动的组合，多用于动作固定的专用『机器人』️，能简化传动与控制系统，提升作业可靠性。
机身与行走机构则决定了『机器人』️的“活动范围”。机身（又称立柱）主要支撑手臂及驱动部件，按运动方式可分为固定式与行走式。固定式机身直接安装在地面基础上，行走式机身则搭配移动机构，扩大作业空间。机身与臂部的配置形式多样，横梁式机身悬挂手臂，占地面积小、空间利用率高；立柱式机身结构简单，工作范围大，常见于机床上下料场景；机座式机身可独立放置或搭配轨道移动；屈伸式机身则通过大小臂的相对运动，实现平面或空间运动，适应复杂作业轨迹需求。
行走机构让『机器人』️突破固定作业范围，分为固定轨迹式与无固定轨迹式。固定轨迹式如横梁式『机器人』️，沿丝杠或轨道移动，适用于大型设备装配、大面积喷涂等场景；无固定轨迹式则更具灵活性，车轮式行走机构效率高，适合平坦地面，常见于室内物流、机床间工件转运；履带式行走机构接地比压小、越野能力强，能在松软或凹凸地面作业，多用于室外工程或矿山场景；足式行走机构则模仿生物运动，在管道、台阶等复杂障碍环境中优势明显，不同足数的『机器人』️性能差异较大，六足『机器人』️静态稳定性最佳，双足与四足『机器人』️则更灵活，接近人类与动物的运动方式。
传动系统是工业『机器人』️的“动力传递纽带”，确保驱动装置的运动精准传递到各执行部件。精密减速器是核心组件，RV减速器适用于20kg以上重负载关节，如机身、腰部、大臂，具有高疲劳强度、刚度与长寿命，回差精度稳定；谐波减速器则用于20kg以下轻负载关节，如小臂、手部，结构紧凑但运动精度随使用时间略有下降。此外，轴承传动保障旋转部位的稳定运转，交叉滚子轴承可承受多方向复合载荷，等截面薄壁轴承实现轻量化与小型化；丝杠传动中，滚珠丝杠传动效率与精度高，滑动丝杠则具备自锁能力，适应不同场景需求；同步带传动依靠齿形啮合传递运动，速比准确、平稳性好；缆绳传动则通过绳索与槽轮的摩擦力传递动力，在多关节柔性手等结构中应用广泛。
从末端执行器的精准抓取，到手腕的灵活调整，再到手臂的稳定传动、机身的可靠支撑与行走机构的自由移动，工业『机器人』️的机械结构相互配合，共同构成了自动化生产的核心动力。随着技术不断进步，这些结构将朝着更精密、更柔性、更智能的方向发展，为工业制造的转型升级持续赋能。
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