機(jī)器人的傳動(dòng)和布局設(shè)計(jì)從理論上講應(yīng)該是比較成熟的領(lǐng)域，如果有樣機(jī)，拆開(kāi)一看就可以知道大部分的結(jié)構(gòu)。但是在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、裝配規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化、零配件的按需定制以及供應(yīng)鏈優(yōu)化等方面國(guó)內(nèi)廠商還需要很長(zhǎng)時(shí)間的積累。
本文以KUKA為例，分協(xié)作機(jī)器人iiwa和傳統(tǒng)機(jī)器人KR兩個(gè)大系列。
協(xié)作機(jī)器人iiwa
當(dāng)前主流的協(xié)作機(jī)器人都采用模塊化思想的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，采用直驅(qū)電機(jī)+諧波減速器的方式，庫(kù)卡機(jī)器人，每個(gè)關(guān)節(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致，只是大小不太一樣，例如iiwa的每個(gè)軸基本都是下圖這樣：
每一個(gè)關(guān)節(jié)中都包含了電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)、諧波減速器、電機(jī)端編碼器、關(guān)節(jié)端位置傳感器和力矩傳感器，庫(kù)卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，電機(jī)和減速器采用直連。
整個(gè)關(guān)節(jié)在機(jī)器人內(nèi)部的布局如下：
傳統(tǒng)機(jī)器人KR
對(duì)于KR系列這一類的傳統(tǒng)機(jī)器人來(lái)講，末端的布局一般按照滿足三軸軸線交于一點(diǎn)的基本原則來(lái)做，主要區(qū)別在于三個(gè)電機(jī)的布置和傳動(dòng)方式。
KUKA之前的很多機(jī)器人都采用4、5、6三軸電機(jī)布置在小臂后方，通過(guò)同心軸+傘齒輪/同步帶的方式傳動(dòng)到手腕的方式，以KR5為例：
三個(gè)電機(jī)的動(dòng)力通過(guò)同心軸傳到手腕，腕部結(jié)構(gòu)如下：
放大圖：
總結(jié)
近幾年KUKA新推出的agilus系列機(jī)器人為了追求纖細(xì)緊湊的外表，機(jī)器人維修，采用了將4、5、6三軸電機(jī)內(nèi)置在小臂內(nèi)部的方式。
其實(shí)就傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人來(lái)講，各家主要的差別在于5軸和6軸的布置方式，外資品牌借助于深厚的設(shè)計(jì)功底和強(qiáng)大的定制能力，普遍采用齒輪或者同步帶的方式用作動(dòng)力傳輸，將電機(jī)布置的比較靠后，因此機(jī)器人小臂和手腕部位做的比較緊湊。
而國(guó)產(chǎn)廠商受限于成品電機(jī)的尺寸、齒輪的精度和噪音、裝配經(jīng)驗(yàn)不足的問(wèn)題，5、6軸多采用直連或者單同步帶的方式，導(dǎo)致腕部尺寸普遍偏大。
機(jī)械是一門博大精深的學(xué)科，可惜國(guó)內(nèi)總是有一種機(jī)械很簡(jiǎn)單的論調(diào)。