【正文】 流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)在功能上有什么區(qū)別？ 答：交流伺服要好一些，因?yàn)槭钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。 直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)?；旌鲜郊辛朔磻?yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)。顧名思義，永磁式樣是在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中增加了永磁體，和反應(yīng)式相比其轉(zhuǎn)子上不再有齒條，替代的是采用 N 極和 S極（沿軸向）交替平行放置充磁磁條的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)定子繞組直流電激磁時(shí)，相應(yīng)的極就被磁化。開環(huán)控制意味著不需要關(guān)于（轉(zhuǎn)子）位置方面的反饋信息。 步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： ； （當(dāng)繞組激磁時(shí)）； 3%5%，而且不會(huì)將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性； ； ，可靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命； ，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡單而且控制成本 。43第3章 可重構(gòu)模塊化機(jī)器人重構(gòu)構(gòu)型表達(dá)第3章 可重構(gòu)模塊化機(jī)器人重構(gòu)構(gòu)型表達(dá) 電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ) 步進(jìn)電機(jī)的簡單定義：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為不連續(xù)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)電裝置。已知傳遞功率P==工況系數(shù)小帶輪轉(zhuǎn)速r/min 大帶輪轉(zhuǎn)速r/min選擇梯形齒XL型同步帶 節(jié)距mm選擇小帶輪齒數(shù) ，則帶輪節(jié)圓直徑mm mm初定中心距=130mm 帶長= （114）選擇節(jié)線長=，實(shí)際中心距mm （115）取中心距=135mm帶速m/s小帶輪嚙合齒數(shù) （116）選擇標(biāo)準(zhǔn)帶寬B=壓軸力N （117） 底座模塊的校核由于底座模塊的結(jié)構(gòu)和定位模塊的結(jié)構(gòu)一致，只是尺寸不一樣，故這里就不再進(jìn)行計(jì)算了，參照上述計(jì)算過程，得出底座模塊的參數(shù)如下所示。這兩張圖表示的是，在電機(jī)輸入一個(gè)轉(zhuǎn)矩之后，先通過諧波減速器減速增大轉(zhuǎn)矩然后再經(jīng)過一級(jí)錐齒輪減速，加一個(gè)齒輪減速的原因一是為了增大電機(jī)輸出地轉(zhuǎn)矩，二是為了達(dá)到輸出轉(zhuǎn)速為10r/min的工作要求。在有灰塵雜質(zhì)時(shí)，由于同步帶帶齒進(jìn)入帶輪輪槽時(shí)，帶齒將擠壓原留在輪槽內(nèi)的空氣，使受壓的空氣向輪槽兩側(cè)排出，這種空氣擠壓將同時(shí)起到清理嚙合表面、帶走灰塵雜質(zhì)的作用，從而減少了同步帶的磨損。此外，同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)中也不需要任何潤滑，所以維護(hù)保養(yǎng)很方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用比三角帶、鏈、齒輪要低礙多。因?yàn)橥綆鲃?dòng)是嚙合傳動(dòng)，其帶輪直徑比依靠摩擦力來傳遞動(dòng)力的三角帶帶輪要小得多，此外由于同步帶不需要大的張緊力，使帶輪軸和軸承的尺寸都可減少。它與三角帶傳動(dòng)相比，有明顯的節(jié)能效果，可用如下實(shí)例作證明。同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：（1）工作時(shí)無滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。 蝸輪傳動(dòng)裝置 ：用蝸輪機(jī)構(gòu)啟閉或調(diào)節(jié)的裝置。由于機(jī)械操作臂的運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)形式對(duì)機(jī)器人的工作性能有著較大的影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：第一，剛性要好，要合理選擇臂部的截面形狀和輪廓尺寸、提高支撐剛度和接觸剛度等；第二，偏重力矩要小，偏重力矩是指臂部的總重量對(duì)其支撐或回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的力矩，它對(duì)臂部的擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)均產(chǎn)生影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使臂部各部分的質(zhì)量分布合理，以減少其偏重力矩；第三，重量要輕，慣量要小，即設(shè)計(jì)時(shí)力求結(jié)構(gòu)緊湊，減小慣性力。 圖26 基座 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇機(jī)器人機(jī)械操作臂所選用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與一般機(jī)械系統(tǒng)所選的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)并無太大的差別。而箱體上有兩個(gè)法蘭面，通過連接這兩個(gè)不同的法蘭面來實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)動(dòng)在不同軸線的變化。(4)從生物進(jìn)化的角度來看，一般的動(dòng)物只有轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，幾乎沒有任何移動(dòng)關(guān)節(jié)，比如人的手臂。移動(dòng)關(guān)節(jié)必然有導(dǎo)軌的存在，那么導(dǎo)軌的長度和其移動(dòng)行程有著直接關(guān)系，那么這個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)模塊必然有一定的長度，顯然結(jié)構(gòu)不夠緊湊。本文將兩個(gè)手臂之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)總結(jié)為以下四種。這組模塊具有一定的合理性，但其種類過于繁多。在旋轉(zhuǎn)模塊和移動(dòng)模塊的內(nèi)部分別裝有一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器和直線驅(qū)動(dòng)器。通過這些關(guān)系可以得到功能結(jié)構(gòu)圖，如圖21所示圖21 功能結(jié)構(gòu)圖 模塊劃分的一般原則(1)盡量減少產(chǎn)品包含的模塊總數(shù)，簡化模塊自身的復(fù)雜程度，以免模塊組合時(shí)產(chǎn)生混亂；(2)以有限的模塊數(shù)來獲得盡可能多的實(shí)用的組合方案，以滿足用戶的需要；(3)劃分中應(yīng)使模塊具有一定的功能獨(dú)立性和結(jié)構(gòu)完整性；(4)要充分注意模塊間的結(jié)合要素，以便于結(jié)合和分離；(5)要考慮模塊的劃分對(duì)產(chǎn)品的精度、剛度帶來的影響；(6)模塊單元的劃分必須考慮經(jīng)濟(jì)因素等。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)，既存在一個(gè)構(gòu)造體系也存在一個(gè)功能體系，而功能體系是更本質(zhì)的東西。 模塊的劃分方法模塊劃分的方法有很多，比較成熟的方法是基于功能結(jié)構(gòu)的模塊劃分發(fā)方法。由于接口和模塊己經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，它們的接口使設(shè)計(jì)任務(wù)和生產(chǎn)任務(wù)被分解，這種分解能減少任務(wù)的復(fù)雜性并且能并行地完成各子任務(wù)；(6)產(chǎn)品更新?lián)Q代、維護(hù)、維修和處理容易。由于每個(gè)模塊的接口被嚴(yán)格的指定，只要接口保持在指定的范圍，對(duì)一個(gè)模塊的改變能獨(dú)立于其它模塊進(jìn)行；(3)增加了產(chǎn)品的變型。最后還對(duì)機(jī)器人的前景做了一次展望?？芍貥?gòu)機(jī)器人的控制策略應(yīng)但滿足實(shí)時(shí)控制的需要。傳統(tǒng)的只針對(duì)具體構(gòu)型的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)求解方法已不適合，必須探索新的方法。(2)組成模塊的研究模塊是可重構(gòu)機(jī)器人的基本組成單元，模塊設(shè)計(jì)的好壞直接影響到可重構(gòu)機(jī)器人的性能?？芍貥?gòu)機(jī)器人理論是一個(gè)復(fù)雜的理論系統(tǒng)，它以機(jī)器人理論為基礎(chǔ)，同時(shí)又有許多不同于一般機(jī)器人的特點(diǎn)。然后與這種描述模型相結(jié)合，提出了一種建立在全離散的局部智能基礎(chǔ)上的自重構(gòu)機(jī)器人的自組織變形策略，通過建立統(tǒng)一的模塊運(yùn)動(dòng)規(guī)則和進(jìn)化規(guī)則使機(jī)器人由局部自主運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生全局系統(tǒng)自組織的結(jié)果。利用微分運(yùn)動(dòng)理論提出一種新的決策方法，便于Agent之間的合作與協(xié)商。圖16 Power cube 產(chǎn)品在此就不再敘述國外學(xué)者的其他研究成果啦。該公司開發(fā)了幾種不同功率的模塊以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求。這個(gè)系統(tǒng)僅有一種關(guān)節(jié)模塊和一種連桿模塊，每個(gè)關(guān)節(jié)模塊有三個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口，連桿模塊之間的距離在一定范圍之內(nèi)可以任意調(diào)節(jié)圖14展示了TOMMS的設(shè)計(jì)概念。 RMMS連接器圖12 RMMS關(guān)節(jié)模塊圖11 RMMS關(guān)節(jié)模塊圖13 RMMS原理樣機(jī) （3)日本東芝公司研制的TOMMS口也是一個(gè)典型的可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)。RMMS采用分布式控制硬件到各個(gè)模塊的方法。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀國外對(duì)可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的研究起步較早，研究也比較深入如多倫多大學(xué)，斯圖加特大學(xué)，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，新加坡南洋理工大學(xué)等等。傳統(tǒng)的機(jī)器人都是針對(duì)特定的應(yīng)用任務(wù)而開發(fā)，雖然對(duì)于那些任務(wù)明確的工業(yè)應(yīng)用，這種機(jī)器人已經(jīng)能夠滿足任務(wù)需要，但是由于信息技術(shù)的發(fā)展以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的全球化，機(jī)器人的應(yīng)用范圍也越來越廣，單一構(gòu)型機(jī)器人僅能適應(yīng)有限的工作范圍，不能滿足市場(chǎng)變化的需求。艦船載雷達(dá)發(fā)射穩(wěn)定平臺(tái)模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文第1章 緒論 引言技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展使機(jī)器人技術(shù)一次次達(dá)到一個(gè)新水平?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展已離不開機(jī)器人技術(shù)，而機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步又對(duì)科技發(fā)展起著不可替代的作用。歸納起來主要有兩類可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)：第一類是需要外界參與才能進(jìn)行重構(gòu)的機(jī)器人，可稱為靜態(tài)可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)；第二類是能夠自主地進(jìn)行重構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)，稱為動(dòng)態(tài)可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)(或稱作自重構(gòu)機(jī)器人)。在原理樣機(jī)的基礎(chǔ)上，Khosla，Parcdis等人又做了進(jìn)一步的研究工作，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)、軟件算法、通訊系統(tǒng)等方面的改進(jìn)，于1996年研制出了新型的RMMS。如圖1圖1圖13所示為RMMS的兩種模塊和模塊連接面。裝配成的機(jī)器人被連接到控制單元上，機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置由操縱桿控制。模塊采用嵌入式伺服放大器和PC，設(shè)計(jì)了簡單的機(jī)器人編程語言。由其構(gòu)成的模塊化機(jī)器人可用于工廠、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化、檢測(cè)等方面。劉明堯等人根據(jù)多Agent理論中的協(xié)商、合作機(jī)制和可重構(gòu)模塊機(jī)器人結(jié)構(gòu)的分布性，將集中式的機(jī)器人控制分配到一組關(guān)節(jié)Agent中，每個(gè)Agent控制機(jī)器人的一個(gè)關(guān)節(jié)，得到一種新的機(jī)器人控制方法，即將關(guān)節(jié)機(jī)器人的復(fù)雜控制轉(zhuǎn)換為多個(gè)簡單子系統(tǒng)的控制，該方法可用于不同結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制，特別適用于可重構(gòu)模塊機(jī)器人控制。根據(jù)自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本特征提出一種有效的描述模型，可以對(duì)自重構(gòu)機(jī)器人的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一的描述。在實(shí)際使用中，用戶可以根據(jù)作業(yè)任務(wù)需要，選擇最優(yōu)構(gòu)型，然后方便地使用相應(yīng)的模塊搭建機(jī)器人構(gòu)型，滿足特定的工作要求。構(gòu)型的表達(dá)方法是構(gòu)型優(yōu)化的基礎(chǔ)，構(gòu)型的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是構(gòu)型優(yōu)化的方向。(3)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)的研究可重構(gòu)機(jī)器人的構(gòu)形是在不斷變化的，其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型也同時(shí)相應(yīng)的發(fā)生變化。模塊從主機(jī)接收運(yùn)動(dòng)指令，并向主機(jī)或者其他模塊反應(yīng)執(zhí)行情況，主機(jī)再根據(jù)各個(gè)模塊的執(zhí)行情況和外界變化向各個(gè)模塊發(fā)出新的運(yùn)動(dòng)指令。在之后的章節(jié)里，本文將會(huì)對(duì)可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究和設(shè)計(jì)，包括可重構(gòu)機(jī)器人的基本模塊的設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)和傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算，還有可重構(gòu)機(jī)器人的重構(gòu)構(gòu)型的表達(dá)，最后還對(duì)機(jī)器人的手腕和末端執(zhí)行器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)計(jì)。因?yàn)槊總€(gè)模塊通常將以相對(duì)大的批量組織生產(chǎn)，這樣便于采用先進(jìn)技術(shù)，提高了規(guī)模效益；(2)增加了產(chǎn)品和零件改變的可行性。因此很快提供產(chǎn)品而不需重新設(shè)計(jì)；(5)使任務(wù)能分解。當(dāng)產(chǎn)品按功能劃分成模塊后，便可對(duì)模塊進(jìn)行既定的試驗(yàn)和研究，以確保產(chǎn)品性能的穩(wěn)定可靠。功能基本上分為兩類：一種是必要功能，它包括用戶要求的基本功能，這在設(shè)計(jì)時(shí)是不能改變的；另一種是非必要功能，它不是根據(jù)用戶的要求而是設(shè)計(jì)者主觀加上去的功能，功能分析就是根據(jù)一定的邏輯關(guān)系把對(duì)象系統(tǒng)各組成部分的功能相互聯(lián)系起來，從局部功能與整體功能的相互關(guān)系上研究對(duì)象系統(tǒng)的功能的一種方法。功能的并列關(guān)系是指較復(fù)雜的功能體系中，上位功能之后往往有幾個(gè)并列的功能存在，這些并列的功能又可能各自成為子體系，構(gòu)成一個(gè)功能范圍。他們共設(shè)計(jì)了三個(gè)基本類型的模塊，包括連桿模塊、旋轉(zhuǎn)模塊和移動(dòng)模塊。在旋轉(zhuǎn)模塊和自旋轉(zhuǎn)模塊的內(nèi)部分別裝有一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器。本文對(duì)末端工具模塊不做討論。本文沒有引入一些學(xué)者所設(shè)計(jì)的移動(dòng)關(guān)節(jié)模塊，是出于以下幾點(diǎn)考慮：(1)相對(duì)于移動(dòng)關(guān)節(jié)模塊，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊體積更小，結(jié)構(gòu)更加緊湊。(3)如果有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，并且合理地布置它們安裝的方位，完全可以替代移動(dòng)關(guān)節(jié)的所有功能，如PUMA560機(jī)器人就是具有6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的操作臀，反之即使有很多移動(dòng)關(guān)節(jié)，也不能夠完全替代轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。 基本模塊的系統(tǒng)性設(shè)計(jì) 圖24 定位模塊(1)定位模塊如圖24所示，電機(jī)通過同步帶傳動(dòng)，在經(jīng)過諧波減速器和錐齒輪的二級(jí)減速實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)輸出。如圖26所示。機(jī)械操作臂的傳動(dòng)裝置除了常用的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)外，還可選用平行帶、同步齒形帶、鏈條和繩索等長距離傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。具有傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大等特點(diǎn)。 齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) (1） 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，工作平穩(wěn)性較高； (2） 采用非圓齒輪，瞬時(shí)傳動(dòng)比可按所需變化規(guī)律設(shè)計(jì)； （3） 傳動(dòng)比變化范圍大，特別是采用行星傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比可到100~200（單級(jí)），適用于減速或增速傳動(dòng)； （4） 速度范圍大，齒輪的圓周速度可從V，或更高；轉(zhuǎn)速可從n1 r/min到20000r/min以上； （5） 傳遞功率范圍大，承載能力高； （6） 傳動(dòng)效率高，特別是精度較高的圓柱齒輪副，其效率可達(dá)η=； （7） 結(jié)構(gòu)緊湊，如使用行星傳動(dòng)、少齒差傳動(dòng)，或諧波齒輪傳動(dòng)，可使部件更為縮小，成為同軸線傳動(dòng)； （8） 維護(hù)簡便。 由于同步帶作無滑動(dòng)的同步傳動(dòng)，故有較高的傳動(dòng)效率，一般可達(dá)0. 98。同步帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般可達(dá)到10左右，而且在大傳動(dòng)比情況下，其結(jié)構(gòu)比三角帶傳動(dòng)緊湊。由于同步帶中承載繩采用伸長率很小的玻璃纖維、鋼絲等材料制成，故在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中帶仲長很小，不需要像三角帶、鏈等經(jīng)常調(diào)整張緊力。由于它是嚙合傳動(dòng)，在有雨水情況下不會(huì)打滑，而且水是橡膠良好的潤滑劑，反而可減少帶的磨損。 定位模塊機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖28 箱體俯視圖圖27 箱體正視圖如圖27和28所示就是定位模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)，我稱之為箱體。 圖210 連接端二圖29 連接端一 定位模塊機(jī)械結(jié)構(gòu)校核，精度及參數(shù)小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)，大齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)小齒輪HB1=240HBS 大齒輪HB2=220HBS HB1HB2=40HBS合適精度初選8級(jí) GB1009588 選取齒數(shù)傳動(dòng)比i=2小齒選 大齒輪齒數(shù) （11）= MPa MPa hh根據(jù)這個(gè)可確定接觸強(qiáng)度壽命系數(shù) ，按一般可靠度要求，選取安全系數(shù)MPa （12）MPa9. 計(jì)算平均分度圓處的圓周速度 m/s （13）= （14）按照實(shí)際的載荷系校正所得的分度圓直徑mm （15）小錐齒輪當(dāng)量齒數(shù) （16）大齒輪當(dāng)量齒數(shù) （17）模數(shù) 取為m=4mm分度圓直徑 mm mm