【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)及時調(diào)整三個伺服電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，及時修正測頭的運(yùn)行軌跡，從而確保測頭安全、柔性地到達(dá)并聯(lián)機(jī)構(gòu)點(diǎn)位置。 當(dāng)測頭與被測目標(biāo)點(diǎn)接觸的一剎那，測頭的微動開關(guān)將產(chǎn)生一觸發(fā)脈沖，并將其反饋給 PC 計(jì)算機(jī)作為采樣觸發(fā)信號。 PC 計(jì)算機(jī)接收到該采樣指令后，則向 32 位計(jì)數(shù)器發(fā)出讀數(shù)指令，隨后便將計(jì)數(shù)器中的三個脈沖計(jì)數(shù)值讀入處理器，經(jīng)相應(yīng)處理軟件計(jì)算后，得到該并聯(lián)機(jī)構(gòu)點(diǎn)處的實(shí)際空間坐標(biāo)值，從而完成一次坐 標(biāo)采樣過程。 并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間的分析 工作空間（ Workplace）：設(shè)給定參考點(diǎn) C 是動平臺執(zhí)行器的端點(diǎn)，工作空間是該端點(diǎn)在空間可以達(dá)到的所有點(diǎn)的集合。 12 完全工作空間（ Complete workplace）：動平臺上執(zhí)行器端點(diǎn)可從任何方向（位姿）到達(dá)的點(diǎn)的集合。 定向工作空間（ Constant workplace）：動平臺在固定位姿時執(zhí)行器端點(diǎn)可以到達(dá)的點(diǎn)的集合。 最大工作空間（ Maximal workplace）：動平臺執(zhí)行器端點(diǎn)可到達(dá)的點(diǎn)的最大集合，并考慮其具體位姿。 完全工作空間和定向工作空間 都是最大工作空間的子集 . 另外，工作空間是并聯(lián)機(jī)構(gòu)的重要特性，影響它的大小和形狀的因素主要有以下三個： ① 桿長的限制，桿件長度的變化是受到其結(jié)構(gòu)限制的，每一桿件的長度必須小于最大桿長，大于最小桿長。 ② 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)角的限制，各種鉸鏈，包括球鉸接和萬向鉸接的轉(zhuǎn)角都受到結(jié)構(gòu)研制的，每一鉸鏈的轉(zhuǎn)角都應(yīng)小于最大轉(zhuǎn)角。 ③ 桿件的尺寸干涉，連接動平臺和固定平臺的桿件都具有幾何尺寸，因此各桿件之間在運(yùn)動過程中可能發(fā)生相互干涉。設(shè)桿件是直徑為 D 的圓柱體，兩相鄰桿件軸線之間的距離為 Di,則 Di＞ D。 13 第 3 章 并聯(lián)機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計(jì) 電動機(jī)選型 電機(jī)的分類 1．按工作電源分類根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。其中交流電動機(jī)還分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。 2．按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。 同步電動機(jī)還可分為永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同電動機(jī)。 異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)。交流換向器電動機(jī)又分為單相串勵電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推 斥電動機(jī)。 直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。有刷直流電動機(jī)可分為永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī)。電磁直流電動機(jī)又分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。永磁直流電動機(jī)又分為稀土永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)。 3．按起動與運(yùn)行方式分類電動機(jī)按起動與運(yùn)行方式可分為電容起動式電動機(jī)、電容盍式電動機(jī)、電容起動運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)和分相式電動機(jī)。 4．按用途分類電動機(jī)按用途可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。 驅(qū)動用電動機(jī) 又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動剃須刀等）用電動機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機(jī)。 控制用電動機(jī)又分為電動機(jī)和伺服電動機(jī)等。 5．按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī)）。 6．按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類電動機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電 動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。 低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī)、電磁減速電動機(jī)、力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等。 調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī)、無級恒速電動機(jī)、有級變速電動機(jī)和無極變速電動機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動機(jī)、直流調(diào)速電動機(jī)、 PWM 變頻調(diào)速電動機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)。 電機(jī)的選擇 由于電機(jī)具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)際情況我們選擇電機(jī)，選擇參數(shù)為 :額定電壓、輸出扭矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速等。擬采用的 57 系列兩相混和式電機(jī)使用 24V 電壓，本 系統(tǒng)提供的 24V 直流電源可以滿足電機(jī)的工作需要。輸出扭矩與支撐板的摩擦力有關(guān)，主要由物料的重量和摩擦系數(shù)來確定，14 此外，還與滑動摩擦力的作用有關(guān)，但由于滑動摩擦系數(shù)很小。電機(jī)的頻矩特性曲線如圖 43所示： 則由曲線可得 :當(dāng) n=30r/min 時， f=100HZ。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果我們選擇電機(jī)型號為： 57BYJ250C 電動推桿選擇 電液推桿是一種集機(jī)、電、液為一體的液壓驅(qū)動機(jī)械手。它適用于需要往復(fù)推、拉直線（或往復(fù)旋轉(zhuǎn)一定角度）運(yùn)動也可用于需上升、下降或夾緊工作物的場所，并可進(jìn)行遠(yuǎn)距離高空及危險(xiǎn)區(qū)的集中 或程序控制。已廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、煤炭、電力、機(jī)械、糧食、水泥、化工、水利、運(yùn)輸、起重運(yùn)輸及港口機(jī)械中的閥門、閘門、換向、傾斜、擺動等的驅(qū)動和控制，是通用的動力源。 電液推桿是以液壓缸為主體，電動機(jī)、油箱、油泵、濾油器、液壓控制閥組合的總成。電動機(jī)、油泵、液壓控制閥和液壓缸可裝在同一軸線上，也可按需要裝置在不同軸上，中間有油箱和安裝支座，只需接通電動機(jī)的控制電源，即可使活塞桿位移往復(fù)運(yùn)動。活塞桿的伸縮由電動機(jī)的正反向旋轉(zhuǎn)控制。 液壓控制閥組合是：溢流閥、伺服閥、液控單向閥等組成；電液推桿可以根據(jù)不同的工況要求設(shè)計(jì)不同油路形式的組合閥滿足其工作要求。 15 電液推桿分為單推、單拉和推拉三種形式，調(diào)速形式有推拉調(diào)速型，推調(diào)速型，拉調(diào)速型，推拉均不調(diào)速型。鎖定形式有推拉鎖定型、推鎖定型、拉鎖定型，推拉均不鎖定型。 電液推桿具有如下優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，占據(jù)空間小，維護(hù)簡單；回路中設(shè)有雙向液壓鎖，可停在規(guī)定行程范圍內(nèi)的任意位置并自鎖，且保持輸出力不變；可帶負(fù)荷起動，具有過載保護(hù)裝置；拉力、速度無級可調(diào)，驅(qū)動力范圍極廣；因故斷電，推桿自鎖．避免發(fā)生事故。 但電液推桿工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄露 損失等），長距離傳動時更是如此；它對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很容易受到溫度影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件工作；它造價昂貴，而且對工作介質(zhì)的污染比較敏感；同時他出現(xiàn)故障時也不易找出。這些都對電液推桿的傳動質(zhì)量和使用范圍造成一定影響。不符合本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。使用電動推桿可以較好得解決以上問題。 電動推桿 電動推桿是一種動力驅(qū)動裝置，其安裝不受地形、氣候、距離限制，并以其結(jié)構(gòu)緊湊、使用可靠、節(jié)約能源、安裝方便、維修簡單等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛用于電力、機(jī)械、化工、冶金、礦山、輕工、交通、船舶等部門?？?完成各種物體的升降、推拉、平移、旋轉(zhuǎn)、鎖定、門閥的開關(guān)等作業(yè)。同時，電動推桿可通過微機(jī)控制，便捷實(shí)現(xiàn)自動化。現(xiàn)已被越來越多的部門用它來代替機(jī)構(gòu)手、液墳閥、減速傳動機(jī)構(gòu)的自動裝置中。 電動推桿由電動機(jī)、減速齒輪、絲桿、銅螺母、導(dǎo)向管、活塞桿、軸承座、彈簧、缸筒座、聯(lián)結(jié)叉及限位開關(guān)（選用）等部件所組成。 推桿以電機(jī)為動力源，通過一對（或兩對）齒輪傳動變速，帶動一對絲桿螺母傳動副組合，把電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運(yùn)動，利用電動機(jī)正反轉(zhuǎn)完成推拉動作。推力和拉力相等。如通過各種杠桿，搖桿或連桿等機(jī)構(gòu)可完成轉(zhuǎn) 動、搖動等復(fù)雜動作。通過改變杠桿力臂長度可以增長行程。 電動推桿內(nèi)過載自動保護(hù)裝置，當(dāng)推桿行程到極限位置或負(fù)載超過額定推力一定數(shù)值時，推桿將自動切斷電源，起保護(hù)作用，使電動機(jī)及其它構(gòu)件不致?lián)p壞，但不得以此作為正常運(yùn)行時的限位開關(guān)使用。因此要在推桿上另行配置外行程限位開關(guān)裝置，以控制推桿正常起停。 16 電動推桿按電機(jī)安裝形式分 I 型、 II 型兩種基本形式，同一種形式又分若干個電機(jī)機(jī)座號。在此基礎(chǔ)上增加了 III 型、 IV 型和防爆型， III 型、 IV 型的主要技術(shù)參數(shù)及外形安裝尺寸與 II 型相同。在 III 型的居套外加 裝了行程調(diào)節(jié)裝置，使推桿行程從 0 至最大行程范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)， IV 型的中間傳動端加裝手輪，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場操作。 電動推桿的螺旋傳動機(jī)構(gòu)又可分為滑動絲桿副螺旋傳動和滾珠絲桿副螺旋傳動兩種。 采用滾動絲桿副螺旋機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動，它的摩擦系數(shù)小 ,摩擦損失減少 ,傳動效率高 ,低速時不產(chǎn)生爬行現(xiàn)象 。同時滾珠絲桿副不存在軸向間隙 ,這樣就提高了它的傳動質(zhì)量和精度 , 滾珠絲桿副螺旋傳動還具有壽命長、精度高、軸向剛度高、運(yùn)動平穩(wěn)等特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較難；運(yùn)動具有可逆性，需要設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 采用滑動絲桿副螺旋進(jìn)行傳動與滾珠絲桿副螺 旋傳動相比它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、減速傳動比大、具有自鎖性、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。在本電動推桿設(shè)計(jì)中，由于對絲桿自鎖性要求較高，傳動速度適中，且要求結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易。所以選擇滑動絲桿副進(jìn)行傳動比較合適。 DG 系列 D 型電動推桿 該系列 電動推桿 結(jié)構(gòu)簡單，噪聲較低。主要應(yīng)用于推拉力較小的工業(yè)設(shè)備的機(jī)械運(yùn)動的執(zhí) 行機(jī)構(gòu)。如各種風(fēng)道的蝶閥、舞臺設(shè)備等。 ● 外形結(jié)構(gòu)：電機(jī)與推桿同軸。 17 ● 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：梯形絲杠副。 ● 行程控制： 采用外部行程控制裝置或編碼器實(shí)現(xiàn)。 ● 過載保護(hù)：采用彈簧與繼電器組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 主要技術(shù)參數(shù) 1. 驅(qū)動電機(jī)：三相異步電機(jī) 2. 最大推力： 500kgf 3. 最快速度： 94mm/s 4. 最大行程： 800mm 5. 機(jī)械連接：雙側(cè)耳軸連接 機(jī)構(gòu) 力的計(jì)算 1. 上平臺加載 ,從中間位置上升 150 ㎜，平衡機(jī)抵消 70％的載荷。 假設(shè)平橫狀態(tài)下桿 AE、 BD、 CF的長度為 ?l 1m，上、下平臺 (圓盤 )的半徑 : aR =；bR =， AE 與豎直方向的夾角為 15 度， EF=ED=DF= 3 m=750 3 mm，AB=BC=AC= 3 m=350 3 mm，∠ Aˊ ED=80176。 由幾何關(guān)系知， AE= ? ?00/2 ( 7 5 0 3 3 5 0 3 ) / 2 1 3 3 8 . 57 5 7 5E D A B mmC O S C O S? ??? 18 AG=AEcos15176。 =(AG 為 Aˊ 到地面的距離 ) 取 PQ=1125mm, Aˊ G=AG+150= tg∠ PHQ= ?∠ PHQ=176。 ,所以 ∠ NHQ=90176。 176。 =176。 9800=176。 ?FQH= tg∠ PMQ= PQPM = ? ∠ PMQ=41176。 Sin∠ PMQ= PQPM ?QM=0112541Sin= Sin∠ PHQ= 01125 1 8 3 1 .43 7 .9PQ Q H m mQ H S in? ? ? 所以 △ X== FQH=6K1△ X? K1= 6 2 0 2 .5 8 .8 7 /6 1 1 6 .6 N m m?? FPN= FQH=5K2? K2= 6 2 0 2 .5 1 0 .6 /5 1 1 6 .6 N m m?? 2. 上平臺加載 ,從中間位置下降 150 ㎜ ， 平衡機(jī)抵消 100％ 的載荷。 19 AG= 0() 7 0 9 5 1 . 72E D A B tg m m? ?? tg ∠ PMˊ Q= ? ∠ PMˊ Q=176。 Sin∠ PMˊ Q= 1125 1 4 7 2 .9Q M m mQM ???? △ X=QM