【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 構(gòu)尺寸較大，不緊湊；傳動(dòng)壽命較短；傳動(dòng)帶與帶輪之間會(huì)產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象；不宜用于有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)合?，F(xiàn)在一些新型帶傳動(dòng)形式，如高速帶傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)己經(jīng)克服了以上大部分的缺點(diǎn)。鏈傳動(dòng)：鏈傳動(dòng)是由鏈條和主、從動(dòng)鏈輪所組成的。鏈輪上制造有特殊齒型的齒，依靠鏈輪齒與鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)是屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。與屬于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無(wú)彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高；又因?yàn)殒湕l不需要像帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較??；鏈條采用金屬材料制造，在同樣使用條件下，鏈傳動(dòng)的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊；與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造安裝精度要求較低，成本也低；在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便的多。鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是:在兩根平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；磨損后易發(fā)生跳齒；工作時(shí)有噪聲；不宜在速度變化很大和異速方向的運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用。鏈傳動(dòng)主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠(yuǎn)，以及其他不宜采用齒輪傳動(dòng)的場(chǎng)合。齒輪傳動(dòng)：齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最為廣泛的一類傳動(dòng)，常用的漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)具有以下一些主要特點(diǎn):傳動(dòng)效率高，在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)的效率是最高的。一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)在正常潤(rùn)滑條件下效率可達(dá)到99%以上，在大功率傳動(dòng)中，高傳動(dòng)效率是十分重要的:傳動(dòng)比恒定，齒輪傳動(dòng)具有不變的瞬時(shí)傳動(dòng)比，因此齒輪傳動(dòng)可用于圓周速度為200m/s以上的高速傳動(dòng)；結(jié)構(gòu)緊湊，在同樣使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需要空間尺寸比帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)小得多；工作可靠、壽命長(zhǎng)，齒輪傳動(dòng)在正確安裝，良好潤(rùn)滑和正常維護(hù)條件下，具有其他機(jī)械傳動(dòng)無(wú)法比擬的高可靠性和壽命。齒輪傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)有:對(duì)齒輪制造、安裝要求高；齒輪制造常用插齒機(jī)和滾齒機(jī)等專用機(jī)床及專用工具；通常的齒輪傳動(dòng)為閉式傳動(dòng)，需要良好的維護(hù)保養(yǎng)，因此齒輪傳動(dòng)成本和費(fèi)用高；并且齒輪傳動(dòng)不適合中心距較大的兩軸間的動(dòng)力傳遞。蝸桿傳動(dòng)：蝸桿傳動(dòng)是一種空間齒輪傳動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)角為90度的兩軸間動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞。蝸桿傳動(dòng)與圓柱齒輪傳動(dòng)和圓錐齒輪傳動(dòng)相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)平穩(wěn)和可以自鎖等顯著特點(diǎn)。蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是:齒面摩擦力大，發(fā)熱量高，傳動(dòng)效率低。蝸桿傳動(dòng)通常用于中、小功率非長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的應(yīng)用場(chǎng)合。本文所選用的電機(jī)都采用了電機(jī)和齒輪輪系一體化的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，但是不能通過(guò)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)各個(gè)連桿的運(yùn)動(dòng)。為減小機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程的沖擊和振動(dòng)，并且不降低控制精度，采用了齒形帶傳動(dòng)。齒形帶傳動(dòng)是同步帶的一種，用來(lái)傳遞平行軸間的運(yùn)動(dòng)或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，在本文中主要用于腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的傳動(dòng)。齒輪帶的傳動(dòng)比計(jì)算公式為 ()齒輪帶的平均速度為 () 諧波齒輪輪傳動(dòng)：諧波傳動(dòng)包括三個(gè)基本構(gòu)件：柔輪、剛輪和波發(fā)生器。如下圖所示。三個(gè)構(gòu)件中可以任意固定一個(gè)，其余兩個(gè)一個(gè)固定，一個(gè)從動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)減速或增速（固定傳動(dòng)比），也可以換成兩個(gè)輸入、一個(gè)輸出，組成差動(dòng)傳動(dòng)。諧波傳動(dòng)主要用于軍工、精密儀器生產(chǎn)、醫(yī)療器械、起重機(jī)、機(jī)器人等。、。 諧波傳動(dòng)原理圖 諧波傳動(dòng)減速器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖波發(fā)生器H是一個(gè)桿狀部件，其兩端裝有滾動(dòng)軸承構(gòu)成滾輪，與柔輪1的內(nèi)壁相互壓緊。柔輪為可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內(nèi)孔直徑略小于波發(fā)生器的總長(zhǎng)。波發(fā)生器是使柔輪產(chǎn)生可控彈性變形的構(gòu)件。當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪后，迫使柔輪的剖面由原先的圓形變成橢圓形，其長(zhǎng)軸兩端附近的齒與剛輪的齒完全嚙合，而短軸兩端附近的齒則與剛輪完全脫開(kāi)。周長(zhǎng)上其他區(qū)段的齒處于嚙合和脫離的過(guò)渡狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器沿圖示方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪的變形不斷改變，使柔輪與剛輪的嚙合狀態(tài)也不斷改變，由嚙入、嚙合、嚙出、脫開(kāi)、再嚙入……，周而復(fù)始地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)柔輪相對(duì)剛輪沿波發(fā)生器H相反方向的緩慢旋轉(zhuǎn)。諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)如下：1)承載能力高 諧波傳動(dòng)中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時(shí)嚙合齒數(shù)（重疊系數(shù)）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動(dòng)形式高。2)傳動(dòng)比大 單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比，可達(dá) i=70～500。 3)體積小、重量輕。 4)傳動(dòng)效率高、壽命長(zhǎng)。 5)傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)沖擊，無(wú)噪音，運(yùn)動(dòng)精度高。6)由于柔輪承受較大的交變載荷，因而對(duì)柔輪材料的抗疲勞強(qiáng)度、加工和熱處理要求較高，工藝復(fù)雜。： 主要傳動(dòng)形式的效率傳動(dòng)方式傳動(dòng)效率帶傳動(dòng)~鏈傳動(dòng)~圓柱齒輪傳動(dòng)~圓錐齒輪傳動(dòng)~蝸桿傳動(dòng)~諧波齒輪傳動(dòng)~絲杠傳動(dòng)~本次設(shè)計(jì)主要采用了齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)。減速器機(jī)構(gòu)主要為齒輪減速機(jī)構(gòu)和諧波減速器機(jī)構(gòu)。制動(dòng)器及其作用：制動(dòng)器是將機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分的能量變?yōu)闊崮茚尫?，從而使運(yùn)動(dòng)的機(jī)械速度降低或者停止的裝置，它大致可分為機(jī)械制動(dòng)器和電氣制動(dòng)器兩類。在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，學(xué)要使用制動(dòng)器的情況如下：1)特殊情況下的瞬間停止和需要采取安全措施。2)停電時(shí)，防止運(yùn)動(dòng)部分下滑而破壞其他裝置。機(jī)械制動(dòng)器： 機(jī)械制動(dòng)器有螺旋式自動(dòng)加載制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器、閘瓦式制動(dòng)器和電磁制動(dòng)器等幾種。其中最典型的是電磁制動(dòng)器。 在機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常使用伺服電動(dòng)機(jī)，伺服電機(jī)本身的特性決定了電磁制動(dòng)器是不可缺少的部件。從原理上講，這種制動(dòng)器就是用彈簧力制動(dòng)的盤(pán)式制動(dòng)器，只有勵(lì)磁電流通過(guò)線圈時(shí)制動(dòng)器打開(kāi)，這時(shí)制動(dòng)器不起制動(dòng)作用，而當(dāng)電源斷開(kāi)線圈中無(wú)勵(lì)磁電流時(shí)，在彈簧力的作用下處于制動(dòng)狀態(tài)的常閉方式。因此這種制動(dòng)器被稱為無(wú)勵(lì)磁動(dòng)作型電磁制動(dòng)器。又因?yàn)檫@種制動(dòng)器常用于安全制動(dòng)場(chǎng)合，所以也稱為安全制動(dòng)器。電氣制動(dòng)器: 電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，反之，他也具有將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電功能。換言之，伺服電機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，同時(shí)也能通過(guò)其反過(guò)程來(lái)達(dá)到制動(dòng)的目的。但對(duì)于直流電機(jī)、同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)等各種不同類型的電機(jī)，必須分別采用適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電路。 本文中，該機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)未安裝機(jī)械制動(dòng)器，因此機(jī)器人的肩關(guān)節(jié)和軸關(guān)節(jié)在停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，會(huì)因?yàn)橹亓σ蛩囟侣洹Ａ硗?，由于各方面限制，不方便在原有機(jī)構(gòu)上添加機(jī)械制動(dòng)器，所以只能通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的電氣制動(dòng)。采用電氣制動(dòng)器，其優(yōu)點(diǎn)在于：在不增加驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量的同時(shí)又具有制動(dòng)功能，這是非常理想的情況，而在機(jī)器人上安裝機(jī)械制動(dòng)器會(huì)使質(zhì)量有所增加，故應(yīng)盡量避免。缺點(diǎn)在于：這種方法不如機(jī)械制動(dòng)器工作可靠，斷電的時(shí)候?qū)⑹ブ苿?dòng)作用。本章擬定了機(jī)械手設(shè)計(jì)的總體方案，確定了機(jī)械手結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方案,選擇了制動(dòng)器。第3章 機(jī)械手零部件選擇及計(jì)算作為一種果實(shí)采摘機(jī)器人，為完成采摘任務(wù)，操作機(jī)械手必須有足夠的自由度，能夠靈活的移動(dòng)到指定的目標(biāo)位置來(lái)抓取目標(biāo)物，為此自由度數(shù)至少在5以上，該機(jī)器人的機(jī)械手部分具有6個(gè)自由度。下面分別是手部、腕部和臂部結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)。工業(yè)機(jī)器人腰座，就是圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、球坐標(biāo)機(jī)器人及關(guān)節(jié)型機(jī)器人的回轉(zhuǎn)基座。它是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)部分全部安裝在腰座上，它承受了機(jī)器人的全部重量。在設(shè)計(jì)機(jī)器人腰座結(jié)構(gòu)時(shí)，要注意以下設(shè)計(jì)原則：1)腰座要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人在工作時(shí)的整體安裝的穩(wěn)定性。2)腰座要承受機(jī)器人的全部重量和載荷，因此，機(jī)器人的基座和腰部軸和軸承的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以保證其承載能力。3)機(jī)器人的腰座是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它對(duì)機(jī)器人末端的運(yùn)動(dòng)精度影響最大，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)特別注意腰部軸系及傳動(dòng)鏈的精度和剛度的保證。4)為了保證機(jī)器人的外部電纜不隨機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)而擺動(dòng)，所以，機(jī)器人的外部電纜（機(jī)器人與控制器的聯(lián)接電纜），都是安裝在不運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人基座上，并通過(guò)機(jī)器人腰部傳到機(jī)器人的各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)。因此，機(jī)器人的基座與腰部結(jié)構(gòu)要便于電纜的通過(guò)，并要解決固定端與運(yùn)動(dòng)端的聯(lián)接問(wèn)題。5)腰部的回轉(zhuǎn)要有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它包括驅(qū)動(dòng)器及減速器。驅(qū)動(dòng)器一般帶有速度與位置傳感器，以及制動(dòng)閘。6)腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝、調(diào)整。腰部與機(jī)器人手臂的聯(lián)接要有可靠的定位基準(zhǔn)面，以保證各關(guān)節(jié)的相互位置精度。要設(shè)有調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)整腰部軸承間隙及減速器的傳動(dòng)間隙。7)為了減輕機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部分的慣量，提高機(jī)器人的控制精度，一般腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分的殼體是比重較小的鋁合金材料制成，而不運(yùn)動(dòng)的基座是鑄鐵或鑄鋼材料制成。本機(jī)械手采用的環(huán)形軸承的支承結(jié)構(gòu)。 手臂部件是機(jī)械手的主要部件。它的作用是支承腕部和手部，并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的:把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)(方位)，則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)基本要求:1)臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕。臂部通常即受彎曲(而且不僅是一個(gè)方向的彎曲)，也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。很明顯，在截面積和單位重量基本相同的情況下，鋼管、工字鋼和槽鋼的慣性矩要比圓鋼大得多。所以，機(jī)械手常采用無(wú)縫鋼管作為導(dǎo)向桿，用工字鋼或槽鋼作為支承鋼，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置以及管道，這樣就使結(jié)構(gòu)緊湊、外形整齊。2)臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小。在一般情況下，手臂的移動(dòng)和回轉(zhuǎn)、俯仰均要求勻速運(yùn)動(dòng)，但在手臂的啟動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的，為了減少?zèng)_擊，要求啟動(dòng)時(shí)間的加速度和終止前減速度不能太大，否則引起沖擊和振動(dòng)。為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，應(yīng)采取以下措施:(1)減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。(2)減少手臂運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。(3)減少回轉(zhuǎn)半徑。(4)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。3)手臂動(dòng)作應(yīng)靈活。為減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。4)位置精度要高。一般來(lái)說(shuō)，直角和圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手位置精度高；關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置最難控制，故精度差；在手臂上加設(shè)定位裝置和檢測(cè)機(jī)構(gòu)，能