【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 了減速的目的。波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使柔輪上的一點(diǎn)不斷的改變位置，這時(shí)在柔輪的節(jié)圓的任一點(diǎn)，隨著波發(fā)生器角位移的過程，形成一個(gè)上下左右相對(duì)稱的和諧波，故稱之為：“諧波”。諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：1） 傳動(dòng)比大、單級(jí)傳動(dòng)比為 70～320；2） 側(cè)隙小。由于其嚙合原理不同于一般齒輪傳動(dòng)，側(cè)隙很小，甚至可以實(shí)現(xiàn)無側(cè)隙傳動(dòng)；3） 精度高。同時(shí)嚙合齒數(shù)達(dá)到總齒數(shù)的 20%左右，在相 180176。的兩個(gè)對(duì)稱方向上同時(shí)嚙合，因此誤差被平均化，從而達(dá)到高運(yùn)動(dòng)精度；4） 零件數(shù)少、安裝方便。僅有三個(gè)基本部件，且輸入軸與輸出軸為同軸線，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便；5） 體積小、重量輕。與一般減速器比較，輸出力矩相同時(shí)，通常其體積可減小2/3，重量可減小 1/2；6） 承載能力大。因同時(shí)嚙合齒數(shù)多，柔輪又采用了高疲勞強(qiáng)度的特殊鋼材，從而獲得了高的承載能力；7） 效率高。在齒的嚙合部分滑移量極小，摩擦損失少。即使在高速比情況下，還能維持高的效率；8） 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。周向速度低，又實(shí)現(xiàn)了力的平衡，故噪聲低、振動(dòng)?。?） 可向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)。利用其柔性的特點(diǎn)，可向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)。這一點(diǎn)是其它任何機(jī)械傳動(dòng)無法實(shí)現(xiàn)的。 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)的分類：哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 11 頁 共 44 頁齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：1） 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定。非圓齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比又能按需要的變化規(guī)律設(shè)計(jì)；2） 傳動(dòng)比范圍大，可用于減速或增速；3） 速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳動(dòng)功率的范圍大，可用于高速（v40m/s） 、中速和低速（v25m/s ）的傳動(dòng)；功率可從小于 1W 到 105Kw；4） 傳動(dòng)效率高，一對(duì)高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達(dá) 99%以上；5） 結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動(dòng)；6） 制造成本較高，某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪，因需要專用或高精度的機(jī)床、刀具和量儀等，故制造工藝復(fù)雜，成本高；7） 精度不高的齒輪，傳動(dòng)時(shí)噪聲、振動(dòng)和沖擊大，污染環(huán)境；8） 無過載保護(hù)作用。 RV 傳動(dòng) 圖 24 RV 減速器實(shí)物圖RV 傳動(dòng)是在擺線針輪傳動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳動(dòng)，它具有體積小，重量輕，傳動(dòng)比范圍大，傳動(dòng)效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，比單純的擺線針輪行星傳動(dòng)具有更小的體積和更大的過載能力，且輸出軸剛度大，因而在國內(nèi)外受到廣泛重視，在日本機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，已在很大程度上逐漸取代單純的擺線針輪行星傳動(dòng)和諧波傳動(dòng)。RV 傳動(dòng)原理如圖 25 所示，它由漸開線圓柱齒輪行星減速機(jī)構(gòu)和擺線針輪行星減速機(jī)構(gòu)二部分組成．漸開線行星齒輪 2 與曲柄軸 3 連成一體, 作為擺線針輪傳動(dòng)部分的輸入,如果漸開線中心齒輪 1 順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),那么漸開線行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時(shí)還有逆時(shí)針方向自轉(zhuǎn), 并通過曲柄軸帶動(dòng)擺線輪做偏心運(yùn)動(dòng),此時(shí),擺線輪在其軸線公轉(zhuǎn)的同時(shí),哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 12 頁 共 44 頁還將反向自轉(zhuǎn), 即順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng). 同時(shí)還通過曲柄軸推動(dòng)鋼架結(jié)構(gòu)的輸出機(jī)構(gòu)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng). 按照封閉差動(dòng)輪系求解傳動(dòng)比基本方法，可以計(jì)算出 RV 傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算公式如下：i16=1+Z2*Z5/Z1 其中 Z1漸開線中心輪齒數(shù) Z2漸開線行星輪齒數(shù) Z5針輪齒數(shù)，Z 5＝Z 4+1 Z4 擺線輪齒數(shù)圖 25 RV 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖RV 傳動(dòng)作為一種新型傳動(dòng)，從結(jié)構(gòu)上看，其基本特點(diǎn)可概括如下：1） 如果傳動(dòng)機(jī)構(gòu)置于行星架的支撐主軸承內(nèi)，那么這種傳動(dòng)的軸向尺寸可大大縮小；2） 采用二級(jí)減速機(jī)構(gòu)，處于低速極的擺線針輪行星傳動(dòng)更加平穩(wěn)，同時(shí)，由于轉(zhuǎn)臂軸承個(gè)數(shù)增多且內(nèi)外環(huán)相對(duì)轉(zhuǎn)速下降，其壽命也可大大提高；3） 只要設(shè)計(jì)合理，就可以獲得很高的運(yùn)動(dòng)精度和很小的回差；4） RV 傳動(dòng)的輸出機(jī)構(gòu)是采用兩端支承的盡可能大的鋼性圓盤輸出結(jié)構(gòu)，比一般擺線減速器的輸出架構(gòu)（懸臂梁結(jié)構(gòu)）具有更大的剛度，且抗沖擊性能也有很大提高；5） 傳動(dòng)比范圍大，因?yàn)榧词箶[線輪齒數(shù)不變，只改變漸開線齒數(shù)，就可以得到很多的速比。其傳動(dòng)比為 i=31～ 171；6） 傳動(dòng)效率高，其傳動(dòng)效率為 η=～。 實(shí)驗(yàn)步驟 教師介紹機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)中原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分以及執(zhí)行部分的位置及在機(jī)器人系統(tǒng)中的工作狀況；哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 13 頁 共 44 頁 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行機(jī)器人軟件； 接通控制柜電源，按下“啟動(dòng)”按鈕；圖 26 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)界面 點(diǎn)擊主界面“機(jī)器人復(fù)位”按鈕，機(jī)器人進(jìn)行回零運(yùn)動(dòng)。觀察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，六個(gè)關(guān)節(jié)全部運(yùn)動(dòng)完成后，機(jī)器人處于零點(diǎn)位置； 點(diǎn)擊主界面“關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)”按鈕, 出現(xiàn)如圖 26 所示界面； 選擇“關(guān)節(jié)Ⅰ” ，關(guān)節(jié)方向選擇“正向” ，啟動(dòng)方式選擇“加速” ，運(yùn)動(dòng)方式選擇“位置模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，目標(biāo)位置取120 度，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，觀察機(jī)器人第Ⅰ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況； 選擇“關(guān)節(jié)Ⅰ” ，關(guān)節(jié)方向選擇“反向” ，啟動(dòng)方式選擇“加速” ，運(yùn)動(dòng)方式選擇“速度模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，觀察機(jī)器人第Ⅰ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況，然后點(diǎn)擊“立即停止”按鈕； 選擇“關(guān)節(jié)Ⅱ” ，關(guān)節(jié)方向選擇“正向” ，啟動(dòng)方式選擇“勻速” ，運(yùn)動(dòng)方式選擇“位置模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，目標(biāo)位置取120 度，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，觀察機(jī)器人第Ⅱ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況； 選擇“關(guān)節(jié)Ⅱ” ，關(guān)節(jié)方向選擇“反向” ，啟動(dòng)方式選擇“勻速” ，運(yùn)動(dòng)方式選擇“速度模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅱ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況，然后點(diǎn)擊“立即停止”按鈕； 選擇“關(guān)節(jié)Ⅲ” ，關(guān)節(jié)方向選擇“正向” ，啟動(dòng)方式選擇“加速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇“位置模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，目標(biāo)位置取 30 度，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅲ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況；1 選擇“關(guān)節(jié)Ⅲ” ，關(guān)節(jié)方向選擇“反向” ，啟動(dòng)方式選擇“加速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇“速度模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕觀察機(jī)器人第Ⅲ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況，然后點(diǎn)擊“立即停止”按鈕；1 選擇“關(guān)節(jié)Ⅳ” ，關(guān)節(jié)方向選擇“正向” ，啟動(dòng)方式選擇“勻速”,運(yùn)動(dòng)方式選擇“位置模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，目標(biāo)位置取 60 度，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅳ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況；哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 14 頁 共 44 頁1 選擇“關(guān)節(jié)Ⅳ” ，關(guān)節(jié)方向選擇“反向” ，啟動(dòng)方式選擇“勻速” ，運(yùn)動(dòng)方式選擇“速度模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕觀察機(jī)器人第Ⅳ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況，然后點(diǎn)擊“立即停止”按鈕；1 選擇“關(guān)節(jié)Ⅴ”，關(guān)節(jié)方向選擇“正向”， 啟動(dòng)方式選擇“加速” ， 運(yùn)動(dòng)方式選擇“位置模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，目標(biāo)位置取 60 度，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅴ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況；1 選擇“關(guān)節(jié)Ⅴ”，關(guān)節(jié)方向選擇“反向” ， 啟動(dòng)方式選擇“加速” ， 運(yùn)動(dòng)方式選擇“速度模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕觀察機(jī)器人第Ⅴ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況，然后點(diǎn)擊“減速停止”按鈕；1 選擇“關(guān)節(jié)Ⅵ”，關(guān)節(jié)方向選擇“正向”，啟動(dòng)方式選擇“加速” ，運(yùn)動(dòng)方式選擇“位置模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，目標(biāo)位置取 60 度，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕,觀察機(jī)器人第Ⅵ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況；1 選擇“關(guān)節(jié)Ⅵ”，關(guān)節(jié)方向選擇“反向”，啟動(dòng)方式選擇“加速” ，運(yùn)動(dòng)方式選擇“速度模式” ，運(yùn)行速度取默認(rèn)值，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕觀察機(jī)器人第Ⅵ關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況，然后點(diǎn)擊“減速停止”按鈕；1 點(diǎn)擊“退出”按鈕，退出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)界面；1 點(diǎn)擊“機(jī)器人復(fù)位”按鈕，使機(jī)器人回到零點(diǎn)位置； 按下控制柜上的“停止”按鈕，斷開控制柜電源；2 退出機(jī)器人軟件，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。 注意事項(xiàng) 在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)； 機(jī)器人通電后，身體的任何部位不要進(jìn)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可達(dá)范圍之內(nèi)； 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不正常時(shí)，及時(shí)按下控制柜的急停開關(guān)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 15 頁 共 44 頁實(shí)驗(yàn) 3 機(jī)器人的控制系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成； 熟悉機(jī)器人控制系統(tǒng)各部分的原理及作用。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 RBT6T/S01S 機(jī)器人一臺(tái)； RBT6T/S01S 機(jī)器人控制柜一臺(tái)； 裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。 實(shí)驗(yàn)原理RBT6T/S01S 機(jī)器人控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、伺服（步進(jìn)）電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及伺服（步進(jìn)）電機(jī)、電源、控制柜、操作電路等幾部分組成。計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和機(jī)器人控制軟件。 運(yùn)動(dòng)控制卡由高性能 DSP 處理器、CPLD 可編程器件及伺服電機(jī)接口器件等組成，用于實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的位置、速度、加速度的控制及多個(gè)伺服電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制。其主要功能為：S 形、梯形自動(dòng)加減速曲線規(guī)劃；輸出控制脈沖到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使電機(jī)運(yùn)動(dòng)；具有編碼器位置反饋信號(hào)接口，監(jiān)控電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)；能利用零位開關(guān)、減速開關(guān)及編碼器 Z 相信號(hào)實(shí)現(xiàn)高速高精度原點(diǎn)返回操作；具有伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào) ALM 等伺服驅(qū)動(dòng)器專用信號(hào)接口。伺服（步進(jìn)）電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用來把運(yùn)動(dòng)控制卡提供的低功率的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為能驅(qū)動(dòng)電機(jī)的大功率電信號(hào),以驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)。電源部分用來給控制柜提供各驅(qū)動(dòng)器的控制用電源，包括相關(guān)保護(hù)、濾波器件等。操作電路提供電氣系統(tǒng)所需的電源開、關(guān)順序操作及保護(hù)、報(bào)警、狀態(tài)指示等控制操作。下面對(duì)本系統(tǒng)中所使用的步進(jìn)電機(jī)及伺服電機(jī)系統(tǒng)作以簡(jiǎn)要介紹。 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)示意圖如圖 31 所示。 圖 31 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 16 頁 共 44 頁其主要的控制信號(hào)有：1） 步進(jìn)脈沖信號(hào) CP ：這是最重要的一路信號(hào)，控制卡發(fā)出此信號(hào)用來控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)器每接受一個(gè)脈沖信號(hào) CP，就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一 個(gè)步距角，CP 的頻率和步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，CP 的脈沖個(gè)數(shù)決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度。這樣，控制系統(tǒng)通過脈沖信號(hào) CP 就可以達(dá)到控制電機(jī)位置和速度的目的。2） 方向電平信號(hào) DIR ：控制卡發(fā)出此信號(hào)用來控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。比如說，此信號(hào)為高電平時(shí)電機(jī)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此信號(hào)為低電平時(shí)電機(jī)則為反方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。3） 使能信號(hào) EN ：此信號(hào)在不連接時(shí)默認(rèn)為有效狀態(tài)，這時(shí)驅(qū)動(dòng)器正常工作。當(dāng)此信號(hào)回路導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)器停止工作，此信號(hào)為選用信號(hào)。 本書提供兩種伺服控制系統(tǒng)示意圖，如圖 3圖 33 所示。用戶可根據(jù)需要自行選擇閱讀。哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 17 頁 共 44 頁圖 32 安川 YSKAWA ∑Ⅱ系列 SGDM 型伺服控制系統(tǒng)示意圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 18 頁 共 44 頁 圖 33 富士 FUJI FALDICW 系列伺服控制系統(tǒng)示意圖其主要控制信號(hào)有：1） 脈沖信號(hào) PULS ：此信號(hào)由運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出，驅(qū)動(dòng)器接收此信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)；2） 方向信號(hào) SIGN ：此信號(hào)由運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出，用來控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向；3） 原點(diǎn)信號(hào) ORG ：由零位開關(guān)發(fā)出。ORG 信號(hào)可單獨(dú)用于尋零操作，ORG 信號(hào)也可與編碼器 Z 相信號(hào)配合得到精度更高的尋零操作；4） 限位信號(hào) EL ：由限位開關(guān)發(fā)出。+EL 為電機(jī)運(yùn)行正方向的限位信號(hào)，EL 為電機(jī)運(yùn)行負(fù)方向的限位信號(hào)，當(dāng)與電機(jī)運(yùn)行相同方向的 EL 信號(hào)為“ON ”狀態(tài)時(shí)，控制卡立即停止發(fā)出脈沖，電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行。這個(gè)信號(hào)被鎖存，即使 EL 又恢復(fù)成哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 19 頁 共 44 頁“OFF”狀態(tài)，控制卡也不會(huì)再發(fā)出脈沖，可由指令發(fā)出相反方向運(yùn)動(dòng)的脈沖鏈?zhǔn)闺姍C(jī)反向運(yùn)動(dòng)，解除這一鎖存狀態(tài)；5） 驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào) ALM：由驅(qū)動(dòng)器發(fā)出。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警信號(hào) ALM為“ON”狀態(tài)，控制卡接收到這個(gè)信號(hào)后立即停止發(fā)出脈沖，電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行；6） 伺服 ON 信號(hào)：由運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出，伺服驅(qū)動(dòng)器接收到此信號(hào)后，即處于伺服狀態(tài)；7） 編碼器信號(hào)：編碼器輸出 A、B、Z 相信號(hào)送到伺服驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)器分頻后發(fā)送到運(yùn)動(dòng)控制卡，用來反饋伺服電機(jī)實(shí)際運(yùn)行位置及實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 實(shí)驗(yàn)步驟 介紹控制柜各組成部分（教師講解）結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理，介紹 RBT6T/S01S 機(jī)器人的控制系統(tǒng)的組成，電控系統(tǒng)主要由電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、斷路器、開關(guān)電源、按鈕指示燈等其他附件組成。控制柜前視圖如圖 34所示，電氣安裝板布局圖如圖 35 所示，控制柜側(cè)視圖如圖 36 所示。電氣元件具體說明如下：SA1：電源開關(guān)，用于接通和斷開控制柜電源；HL1：電源指示燈；HL2：報(bào)警指示燈；SB1：?jiǎn)?dòng)按鈕，接通電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主回路電源；SB2：停止按鈕，切斷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主回路電源；SB3：急停按鈕； 圖 34 控制柜前視圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司第 20 頁 共 44 頁 圖 35 電氣安裝板布局圖DRV1～DRV6: 驅(qū)動(dòng)器；P1：開關(guān)電