【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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、盤式制動(dòng)器、閘瓦式制動(dòng)器和電磁制動(dòng)器等幾種。 8 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)的盤式制動(dòng)器，只有勵(lì)磁電流通過線圈時(shí)制動(dòng)器打開，這時(shí)制動(dòng)器不起制動(dòng)作用，而當(dāng)電源斷開線圈中無勵(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)也能通過其反過程來達(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。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。3 驅(qū)動(dòng)源的選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 主要技術(shù)參數(shù)的確定 圖31 機(jī)械手手臂重量分布圖 9 圖32 開口盤重量分布圖 如圖31所示，設(shè)計(jì)機(jī)械手大臂與小臂的尺寸和重量如下：(1).大臂的第一和第二關(guān)節(jié)軸之間的距離為230mm，質(zhì)量為M1()，重心在距離第一關(guān)節(jié)軸128mm處，L1=128mm。(2).小臂的第二關(guān)節(jié)軸和手爪前部之間的距離為224mm，質(zhì)量為M2(2kg左右)，重心在距第二關(guān)節(jié)軸80mm處，L2=99+80=170mm。如圖32所示，設(shè)計(jì)機(jī)械手開口盤質(zhì)量和尺寸如下：旋轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)盤中心距離為230mm，轉(zhuǎn)盤質(zhì)量為15Kg。本次設(shè)計(jì)機(jī)械手的基本設(shè)計(jì)參數(shù)如下：負(fù)載1kg；大臂回轉(zhuǎn)：0~90176。，60176。/s；小臂回轉(zhuǎn)：0~177。60176。，60176。/s； 腰部旋轉(zhuǎn)：0~177。360176。，600/s；手爪夾持半徑45mm～95mm。 各關(guān)節(jié)電機(jī)的選擇計(jì)算當(dāng)機(jī)械手手臂旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)臂伸開呈一條直線時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大，所以在旋轉(zhuǎn)開始時(shí)可產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)矩不足。如圖31所示，設(shè)兩臂繞各自重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為JGJG2，根據(jù)平行軸定理可得繞大臂軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為[14]：J1=JG1+M1L12+JG2+M2L22 （31）其中：M1，M2，2Kg；L1，L2，分別為128mm，170mm。JG1=M1L1JG2=M2L22，故可忽略不計(jì)，所以繞大臂軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J1=M1L12+M2L22 (32)=+2=同理可得小臂繞小臂關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：M2=7Kg，L4=80mm。J2=M2L42 (33)=2=腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為開口盤繞腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加上大臂與小臂繞腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和。設(shè)開口盤繞腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J3，所以同理可得腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：M3=15Kg，L5=160mm。10 =45+15180。=2 J0=J1+J3=J1+ m 4 （ 34） 大臂旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選擇設(shè)大臂速度為w1=60176。/s，則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的轉(zhuǎn)矩可表示如下：（35） T=J180。v式中：T ——旋轉(zhuǎn)開始時(shí)轉(zhuǎn)矩。J —— 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。v——角加速度，rad/s。設(shè)機(jī)械手大臂從w0=0到w1=60176。/s所需的時(shí)間為：Dt=，由式（35）有：= T1=J1180。v1=J1180。w1w0Dt=180。p3180。若考慮繞機(jī)器人手臂的各部分重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩，取安全系數(shù)為2，則減速機(jī)輸出軸所需輸出的最小轉(zhuǎn)矩為：T01=2T=2180。=選擇減速機(jī)：型號(hào)：APEXAE235 （同軸式行星減速機(jī)）額定輸出轉(zhuǎn)矩：減速比：i1=100諧波減速器的的傳遞效率為：h=90%，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)輸出力矩為：Tout1=== (36) ih100180。選擇小型直流伺服電機(jī)：型號(hào)：MAXONEC118896額定轉(zhuǎn)矩：額定電壓：24V額定電流：額定轉(zhuǎn)速：1000rpm最高轉(zhuǎn)速：1200rpm額定功率：40w電機(jī)尺寸：L=93mm D=46mm 小臂旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選擇原理同上，設(shè)小臂轉(zhuǎn)速w2=60176。/s，設(shè)角速度從0加到w2所需加速時(shí)間Dt=，則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的轉(zhuǎn)矩可表示如下：T=J180。v （37）11 式中：T ——旋轉(zhuǎn)開始時(shí)轉(zhuǎn)矩。J ——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。v——角加速度，rad/s2。由式（37）有：T2=J2180。v=J2180。w2w0Dt=180。p3180。=若考慮繞機(jī)器人手臂的各部分重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩，取安全系數(shù)為2，則減速機(jī)輸出軸所需輸出的最小轉(zhuǎn)矩為：T02=2T2=2180。= （38)選擇減速機(jī)：型號(hào)：APEXAE235 （同軸式行星減速機(jī)）額定輸出轉(zhuǎn)矩：減速比：i2=100諧波減速器的的傳遞效率為：h=90%，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)輸出力矩為：Tout2=== (39) ih100180。選擇小型直流伺服電機(jī)：型號(hào)：MAXONEC118896額定轉(zhuǎn)矩：額定電壓：24V額定電流：額定轉(zhuǎn)速：1000rpm最高轉(zhuǎn)速：1200rpm額定功率：40w電機(jī)尺寸：L=93mm D=46mm 腰部旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選擇設(shè)旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度為w3=60176。/s，則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的轉(zhuǎn)矩可表示如下：T=J180。v （310）式中：T —— 旋轉(zhuǎn)開始時(shí)轉(zhuǎn)矩。J ——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。v——角加速度，rad/s。 設(shè)機(jī)械手大臂從w0=0到w3=60176。/s所需的時(shí)間為：Dt=：= T0=J0180。w=J0180。ww0Dt=180。p3180。若考慮繞機(jī)器人手臂的各部分重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩，取安全系數(shù)為2，則減速機(jī)輸 12 出軸所需輸出的最小轉(zhuǎn)矩為：= T00=2T0=2180。選擇減速機(jī)：型號(hào)：APEXAE238 （同軸式行星減速機(jī)）額定輸出轉(zhuǎn)矩：減速比：i3=100 . (311)設(shè)諧波減速器的的傳遞效率為：h=90%，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)輸出力矩為：Tout0=== (312) ih100180。選擇小型直流伺服電機(jī)型號(hào)：MAXONEC137489額定轉(zhuǎn)矩：額定電壓：24V額定電流：2A額定轉(zhuǎn)速：1000rpm最高轉(zhuǎn)速：1200rpm額定功率：60w電機(jī)尺寸：L=124mm D=64mm4 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使機(jī)器人直接用于抓取和握緊（吸附）專用工具（如噴槍、扳手、焊具、噴頭等）進(jìn)行操作的部件。它具有模仿人手動(dòng)作的功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機(jī)器人末端操作器是多種多樣的，大致可分為以下幾類：（1） 夾鉗式取料手（2） 吸附式取料手（3） 專用操作器及轉(zhuǎn)換器（4） 仿生多指靈巧手手指是直接與工件接觸的部件。手指松開和夾緊工件，是通過手指的張開與閉合來實(shí)現(xiàn)的。該設(shè)計(jì)采用兩個(gè)手指，13 機(jī)械手手指形狀傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。根據(jù)手指開合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移形。 機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，O為電機(jī)輸出軸，曲柄OA、連桿AB、滑塊B和支架構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；滑塊B、連桿BC、搖桿CE和支架構(gòu)成滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。通過兩個(gè)機(jī)構(gòu)串聯(lián)，使電機(jī)最終驅(qū)動(dòng)DE的來回?cái)[動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指的開合運(yùn)動(dòng)。為便于手指的順利合攏，