【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 周力時(shí)，與嚙合傳動(dòng)相比軸上的壓力較大:結(jié)構(gòu)尺寸較大，不緊湊。傳動(dòng)帶壽命較短。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。 現(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)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)是屬于帶有中間饒性件的嚙合傳動(dòng)。與屬于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)去彈性滑動(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小。在同樣使用條件下，鏈傳動(dòng)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，成本低廉。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)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)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)比大士傳動(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。 . 1列出了各種傳動(dòng)方式的傳動(dòng)效率。. 1中傳動(dòng)效率的范圍是由傳動(dòng)的潤(rùn)滑條件、加工精度和類型不同而產(chǎn)生的。由于齒輪傳動(dòng)效率較高，傳動(dòng)最為穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)丟轉(zhuǎn)和過(guò)大的沖擊，所以本設(shè)計(jì)選擇圓柱齒輪傳動(dòng)。整體設(shè)計(jì)圖如下：第四章 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 位姿矩陣機(jī)械手位姿方程，也稱運(yùn)動(dòng)方程，是描述機(jī)械手末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)的方程，也是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基本方程，常以矩陣形式出現(xiàn)，它的建立和求解，是機(jī)械手機(jī)構(gòu)學(xué)的基礎(chǔ)。 兩種變換矩陣在求解機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)位姿方程時(shí)，將用到兩種重要的變換矩陣，一種是旋轉(zhuǎn)變換矩陣，另一種是平移變換矩陣，在這里只給出這兩種矩陣的結(jié)論，至于推導(dǎo)過(guò)程因不是本文所要討論的內(nèi)容，所以在此省略。旋轉(zhuǎn)變換矩陣可以分為繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)和繞任意軸旋轉(zhuǎn)兩種變換矩陣。在這里只介紹饒坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的變換矩陣。設(shè)兩坐標(biāo)系Si和Sj，的原點(diǎn)重合，初始位置時(shí)兩坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸也完全重合，當(dāng)Sj分別繞Si的xi、yi、zi軸右旋角度時(shí)，三個(gè)相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變換矩陣分別是:Rot(xi,)= ()Rot(yi,)= ()Rot(zi,)= ()在不需要特別指出坐標(biāo)系的名稱時(shí)，i、j可以省去，即Rot(x,)=[R]。若Sj分別沿Si的xi、yi、zi軸正方向移動(dòng)d,則可得三個(gè)相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)平移矩陣，為：Trans(xi,d)= ()Trans(yi,d)= ()Trans(zi,d)= ()在下面的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)求解中，通過(guò)各關(guān)節(jié)的固聯(lián)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)平移即可推導(dǎo)出所要的位姿方程。 連桿參數(shù)與位姿變量操作機(jī)為多桿系統(tǒng)，兩桿間的位姿矩陣是求得操作機(jī)末端執(zhí)行器位姿矩陣的基礎(chǔ)，而兩桿間的位姿矩陣的建立依賴于結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以及這些參數(shù)按不同順序建立的幾何模型。常見的有兩類模型，第一類是固聯(lián)坐標(biāo)系前置模型，第二類是固聯(lián)坐標(biāo)系后置模型。在本文中用第二類模型作為求解位姿矩陣的依據(jù)。取以回轉(zhuǎn)副聯(lián)結(jié)的兩相鄰桿件，其一為L(zhǎng)i1桿，另一為L(zhǎng)i桿。前者靠近基座，后者靠近末端執(zhí)行器。聯(lián)結(jié)兩連桿的運(yùn)動(dòng)副稱作關(guān)節(jié)。它的編號(hào)規(guī)定為：Li1與Li的關(guān)節(jié)為i號(hào)關(guān)節(jié)，Li與Li+1的關(guān)節(jié)為i+1號(hào)關(guān)節(jié)。連桿Li的固聯(lián)坐標(biāo)系為Si，令Si的zi軸置于i號(hào)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸上，這時(shí)Si的原點(diǎn)Oi落在i號(hào)關(guān)節(jié)的軸線上，即坐標(biāo)系Si置于桿Li的靠近基座的關(guān)節(jié)上，故稱固聯(lián)坐標(biāo)系后置。根據(jù)DH標(biāo)記法，有以下規(guī)定： 回轉(zhuǎn)副連接的兩桿件 ，設(shè)連桿Li的兩軸線為zi和zi+1，前者為L(zhǎng)i1與Li的相對(duì)回轉(zhuǎn)軸線，后者為L(zhǎng)i與Li+1的相對(duì)回轉(zhuǎn)軸線。選兩回轉(zhuǎn)軸z的公垂線為x軸，zi1與zi軸的公垂線為xi1軸，zi與zi+1軸的公垂線為xi軸。xi1與zi1的交點(diǎn)為桿件Li1固聯(lián)坐標(biāo)系Si1的原點(diǎn)Oi1,xi與zi的交點(diǎn)為桿件Li固聯(lián)坐標(biāo)系Si的原點(diǎn)Oi。zi1與zi的交錯(cuò)角為i1，zi與zi+1的交錯(cuò)角為i，兩者都分別以繞xixi軸右旋為正。xi1與xi的交錯(cuò)角為i，以繞zi右旋為正。xi1與zi的交點(diǎn)為Ci，Ci到Oi的距離為di，沿zi軸方向?yàn)檎??；剞D(zhuǎn)軸（關(guān)節(jié)軸）公垂距分別記作ai1，ai，沿xi1，xi方向?yàn)檎?。在固?lián)坐標(biāo)系前置模型中實(shí)際上確定了位姿矩陣所要用到的4個(gè)參數(shù)，即、a、和d，其中、a、d稱作結(jié)構(gòu)參數(shù)，稱為運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 確定兩桿之間位姿矩陣的方法本文用DH法確定兩桿之間位姿矩陣，它是由Denavit和Hartenberg在1955年提出的一種為關(guān)節(jié)鏈中每一桿建立相對(duì)位姿的矩陣方法。根據(jù)上面建立的幾何模型，按變換組合得出最終公式。使用時(shí)，根據(jù)機(jī)械手的具體情況定出四個(gè)參數(shù)值，代入公式，即可求得兩桿之間的位姿矩陣，具體論述如下：，桿Li的固聯(lián)坐標(biāo)系Si可以認(rèn)為是相對(duì)于Si1先繞xi1轉(zhuǎn)i1角，記作Rot(xi1,i1)；再沿xi1平移ai1，記作Trans（xi1，ai1）；再沿zi平移di，記作Trans(zi,di)；再繞zi轉(zhuǎn)i角，記作Rot(zi,i)。于是Si相對(duì)于Si1的位姿矩陣，亦即旋轉(zhuǎn)(i1)—平移(ai1)—平移(di)—旋轉(zhuǎn)(i),變換矩陣為：= Rot(xi1,i1) Trans（xi1，ai1）Trans(zi,di) Rot(zi,i) ()即：= ()若已知、a、d四個(gè)參數(shù)，即可利用式()求出Li相對(duì)Li1的位姿矩陣，亦即固聯(lián)坐標(biāo)系Si相對(duì)Si1的變換矩陣。 機(jī)械手位姿方程的正逆解末端執(zhí)行器上的坐標(biāo)系相對(duì)于基礎(chǔ)坐標(biāo)系(基座的坐標(biāo)系)的位姿矩陣，就是機(jī)械手的位姿方程。由位姿矩陣所表示的機(jī)械手的位姿(運(yùn)動(dòng))方程是以各桿之間的關(guān)節(jié)變量為變量的方程式。其正解，就是機(jī)械手位姿方程(或運(yùn)動(dòng)學(xué))的正問(wèn)題，是已知各桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)和關(guān)節(jié)變量，求末端執(zhí)行器的空間位置和姿勢(shì)，就是位姿矩陣中各元素的值。它的逆解，則是已知滿足某工作要求時(shí)末端執(zhí)行器的空間位置和姿勢(shì)()，以及各桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)，求關(guān)節(jié)變量。位姿方程的正、逆解是機(jī)器人學(xué)中非常重要的問(wèn)題，是對(duì)機(jī)器人控制的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，因?yàn)橹挥兄懒烁麝P(guān)節(jié)移動(dòng)(或轉(zhuǎn)動(dòng))逆解中所得到的值，才能使末端執(zhí)行器達(dá)到工作所要求的位置和姿勢(shì)。下面對(duì)本次設(shè)計(jì)的操作機(jī)械手進(jìn)行具體的位姿方程求解。 建立坐標(biāo)系是位姿方程建立的第一步，沒(méi)有一個(gè)完整的坐標(biāo)系，就無(wú)法開展下面的工作，設(shè)立坐標(biāo)系有以下幾點(diǎn)需要注意： 1)使機(jī)械手處于操作的零位，有基座開始先設(shè)立固定的基礎(chǔ)坐標(biāo)系S0，其Z0的正向最好與重力加速度反向，原點(diǎn)在第一關(guān)節(jié)軸線上，X0位于機(jī)械手工作空間的對(duì)稱平面內(nèi)； 2)盡量使Xi與Xi1同向，原點(diǎn)在Zi方向上同高，否則關(guān)節(jié)變量i或者di要加初始值； 3)末端執(zhí)行器坐標(biāo)系S6的原點(diǎn)最好選在“手”心點(diǎn)上，Z。的正方向指向(或背向)要抓取的物體。 此外還有一個(gè)原則，那就是要考慮使盡可能多的結(jié)構(gòu)參數(shù)為零，不需要完全按實(shí)物的自然結(jié)構(gòu)設(shè)置，這樣能夠簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。為此，要設(shè)立機(jī)械手坐標(biāo)系，首先要確定零位，選擇最合適的零位，將有助于機(jī)械手坐標(biāo)系的設(shè)立和運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解，從圖中可以看出個(gè)關(guān)節(jié)固聯(lián)坐標(biāo)系的X軸不在同一方向上，這樣在建立方程時(shí)，將增加關(guān)節(jié)變量i的初始值，給計(jì)算帶來(lái)很大的不便。 自然零位坐標(biāo)系為此，需要重新設(shè)定機(jī)械手的零位，相對(duì)于自然零位，把它稱作工作零位?？紤]到即能使位姿方程求解方便