機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-閱讀頁
2024-12-26 01:00本頁面
【正文】 圖 36 腕部俯仰設(shè)計(jì) 15傳動電機(jī) 16小齒輪 17大齒輪 機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 ，應(yīng)根據(jù)作業(yè)需要來設(shè)計(jì) [3]。但是，自由度的增加，也必然會使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，機(jī)器人的控制更困難，成本也會增加。在滿足作業(yè)要求的前提下，應(yīng)使自由度數(shù)盡可能的少。因此，要具體問題具體分析，考慮機(jī)器人的多種布局，運(yùn)動方案，選擇滿足 要求的最簡單的方案。為了減輕機(jī)器人腕部的重量，腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動器采用分離傳動。 ，因此，要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便 16 于裝卸末端執(zhí)行器。 ，以減小空回間隙，提高傳動精度。 機(jī)器人驅(qū)動方案的對比分析及選擇 通常，機(jī)器人驅(qū)動方式有以下四種 [4]： （ 1）步進(jìn)電機(jī) 可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制性能好，而且成本低廉；通常不需要反饋就能對位置和速度進(jìn)行控制；位置誤差不會積累；步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力（變磁阻式）和保持轉(zhuǎn)矩（永磁式）的能力，有利于控制系統(tǒng)的定位。 （ 2）直流伺服電機(jī) 直流伺服電機(jī)具有良好 的調(diào)速特性，較大的啟動力矩，相對功率大及快速響應(yīng)等特點(diǎn)，并且控制技術(shù)成熟。若使用直流伺服電機(jī)，還要考慮電刷放電對實(shí)際工作的影響。隨著可關(guān)斷晶閘管 GTO，大功率晶閘管 GTR 和場效應(yīng)管 MOSFET 等電子器件、脈沖調(diào)寬技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流伺服電機(jī)在調(diào)速性能方面可以與直流電機(jī)媲美。三倍過載輸出扭矩可以實(shí)現(xiàn)很大的啟動功率，提供很高的響應(yīng)速度。但是，其費(fèi)用較高，而且其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，維護(hù)不方便。腰部、大臂和小臂要求動態(tài)特性好、傳動功率較大，采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動；腕部所需傳動功率較小，采用混合式 17 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。這種驅(qū)動方式具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，這也是現(xiàn)代機(jī)械手應(yīng)用最多的驅(qū)動方式。電動機(jī)可以選擇步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)。 在現(xiàn)代機(jī)械手結(jié)構(gòu)中廣泛使用這各種軸承，常用的有環(huán)形軸承和交叉滾子軸承。單考慮到這些軸承價(jià)格昂貴，而是用普通的球軸承或滾子軸承也能滿足結(jié)構(gòu)的需要，所以再該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)中仍然全部采用球軸承。 電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計(jì)算 由于傳動負(fù)載作回轉(zhuǎn)運(yùn)動 負(fù)載額定功率： ???? 955010 LNTP （ 31） 負(fù)載加速功率： aLLa tNGDP ?? ?? 3 22 103577 （ 32） 負(fù)載力矩（折算到電機(jī)軸）： lM LL TNNT ??? ? （ 33） 負(fù)載 GD（折算到電機(jī)軸）： 18 222 )( lMLL GDNNGD ? （ 34） 起動時(shí)間： )(375 )(22LPMLMa TT NGDGDt ? ??? （ 35） 制動時(shí)間： )(375 )(22LPMLMd TT NGDGDt ? ??? （ 36） 式中， 0P 為額定功率， KW； aP 為加速功率， KW； lN 為負(fù)載軸回轉(zhuǎn)速度， r/min； MN 為電機(jī)軸回轉(zhuǎn)速度， r/min； lV 為負(fù)載的速度， m/min； ? 為減速機(jī)效率； ? 為摩擦系數(shù)； lT 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載軸）， mN? ； pT 為電機(jī)啟動最大轉(zhuǎn)矩 ， mN? ； LT 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（折算到電機(jī)軸上）， mN? ； 2lGD 為負(fù)載的 2GD ， 2mN? ； 2LGD 為負(fù)載 2GD （折算到電機(jī)軸上）， 2mN? ； 2MGD 為電機(jī)的 2GD ， 2mN? ； 具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是驅(qū)動腰部的回轉(zhuǎn)，傳遞運(yùn)動形式屬于第二種。 因?yàn)檠炕剞D(zhuǎn)運(yùn)動只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上有； RfGRFT fl ????? （ 37） 式中 ,f 為滾動軸承摩擦系數(shù)，取 ； G 為機(jī)械手本身與負(fù)載的重量之和，取 100KG ； 19 R 為回轉(zhuǎn)軸上傳動大齒輪分度圓半徑， R=240mm ； 帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得 lT = mN? ； 同時(shí)，腰部回轉(zhuǎn)速度定為 lN =5r/min；傳動比定為 1/120； 且， 2mgDGDl ? 帶入數(shù)據(jù)得： lGD = 2mN? 。 電機(jī)型號的選擇 根據(jù)以上結(jié)果，綜合考慮各種因素，選擇國產(chǎn) 北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司（原北京四通電機(jī)公司）的步進(jìn)電機(jī)，具體型號為： 110BYG550BSAKRMA0301 或 110BYG550BSAKRMT0301 或 110BYG550BBAKRMT0301, 該步進(jìn)電機(jī) 高轉(zhuǎn)矩，低振動，綜合性能很好。 驅(qū)動方式：升頻升壓； 步距角： 176。 傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳動裝置的作用主要是將驅(qū)動元件的動力傳遞給機(jī)械手相應(yīng)的執(zhí)行部件 ，以實(shí)現(xiàn)各種預(yù)訂的運(yùn)動。波齒輪傳動具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、能獲得大的傳動比等優(yōu)點(diǎn)，但存在扭動剛度較低且傳動比不能太小的缺點(diǎn)。皮帶輪傳動 可以實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，可是存在彈性滑動，和鏈傳動一樣使用一段時(shí)間過易松弛，傳動運(yùn)轉(zhuǎn)過程中還產(chǎn)生動載荷，因此，二者常用于傳動精度要求不高的場合。因此滾珠絲杠螺母被廣泛應(yīng)用于要求較高的數(shù)控傳動系統(tǒng)中。 在本設(shè)計(jì)中，采用齒輪機(jī)構(gòu)來傳遞驅(qū)動電機(jī)輸出的扭矩，通過齒輪傳動系統(tǒng)將扭矩傳遞到關(guān)節(jié) 1，用同步帶傳動來實(shí)現(xiàn)由步進(jìn)電機(jī)輸出 的扭矩到關(guān)節(jié) 2 本章小結(jié) 本章對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括自由度的分配，連桿基本的特性參數(shù)，系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和功能描述，系統(tǒng)傳動結(jié)構(gòu)，驅(qū)動結(jié)構(gòu)都做了簡要的概述。這次設(shè)計(jì)給了我們一個(gè)很好的機(jī)會，使我們了解了設(shè)計(jì)工作的基本流程和設(shè)計(jì)的方法以及理念。 雖然我們設(shè)計(jì)的只是個(gè)簡單的上料機(jī)械手，但需要完成伸縮、升降、回轉(zhuǎn)等功能，對應(yīng)分別要對這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，控制回路和電機(jī)控制的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中我不斷探索、不斷學(xué)習(xí)和修改。 由于時(shí)間問題，對于本次機(jī)械手的設(shè)計(jì)還存在許多問題，許多地方都還有待改進(jìn)和提高，希望各位專家評審多多指教。 Reality． Chicago： American Library Association， 1995
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