《工業(yè)機器人腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《工業(yè)機器人腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計（31頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、工 業(yè) 機 器 人 腕 部 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 -驅(qū) 動 部 分 目 錄一 、 工 業(yè) 機 器 人 補 充 資 料二 、 工 業(yè) 機 器 人 驅(qū) 動 機 構(gòu)三 、 工 業(yè) 機 器 人 傳 動 機 構(gòu) 一 、 工 業(yè) 機 器 人 補 充 資 料 1、 自 由 度 2、 精 度 ： 工 業(yè) 機 器 人 精 度 是 指 定 位 精 度 和重 復(fù) 定 位 精 度 。 定 位 精 度 是 指 機 器 人 手 部實 際 到 達(dá) 位 置 與 目 標(biāo) 位 置 之 間 的 差 異 。 重復(fù) 定 位 精 度 是 指 機 器 人 重 復(fù) 定 位 其 手 部 于同 一 目 標(biāo) 位 置 的 能 力 ， 可 以 用 標(biāo) 準(zhǔn)

2、偏 差 這個 統(tǒng) 計 量 來 表 示 ， 它 是 衡 量 一 列 誤 差 值 的密 集 度 ， 如 下 圖 示 （ a） 重 復(fù) 定 位 精 度 的 測 量 （ b） 合 理 定 位 精 度 ， 良 好 重 復(fù) 定 位 精度 （ c） 良 好 定 位 精 度 ， 很 差 重 復(fù) 定 位 精 度 （ d） 很 差 定 位 精 度 ，良 好 重 復(fù) 定 位 精 度 3、 速 度 機 器 人 運 動 速 度 是 其 主 要 參 數(shù) 之 一 ， 它 反 映 了 機 器 人 的 作業(yè) 水 平 運 動 速 度 的 快 慢 與 它 的 驅(qū) 動 方 式 、 定 位 方 式 、 抓 取質(zhì) 量 大 小 和 行 程

3、 距 離 有 關(guān) ， 作 業(yè) 機 器 人 手 部 的 運 動 速 度 應(yīng)根 據(jù) 生 產(chǎn) 節(jié) 拍 、 生 產(chǎn) 過 程 的 平 穩(wěn) 性 和 定 位 精 度 等 要 求 來 決定 。 目 前 ， 工 業(yè) 機 器 人 的 最 大 直 線 運 行 速 度 大 部 分 為1000mm/s左 右 。 最 大 回 轉(zhuǎn) 速 度 為 120度 /秒 左 右 。 作 為 機 器 人 規(guī) 格 參 數(shù) 的 速 度 是 指 平 均 速 度 ， 實 際 使 用 速 度可 在 一 定 范 圍 內(nèi) 調(diào) 節(jié) 。 4、 承 載 能 力 承 載 能 力 是 指 機 器 人 在 工 作 范 圍 內(nèi) 的 任 何位 姿 上 所 能 承 受

4、 的 最 大 質(zhì) 量 。 承 載 能 力 不僅 決 定 于 負(fù) 載 的 質(zhì) 量 ， 而 且 還 與 機 器 人 運動 的 速 度 和 加 速 度 大 小 和 方 向 有 關(guān) 。 為 了安 全 起 見 ， 承 載 能 力 這 一 指 標(biāo) 是 指 高 速 運行 時 的 承 載 能 力 。 通 常 ， 承 載 能 力 不 僅 指負(fù) 載 ， 而 且 還 包 括 機 器 人 末 端 操 作 器 的 質(zhì)量 。 工 業(yè) 機 器 人 的 額 定 負(fù) 載 是 指 在 規(guī) 定 范圍 內(nèi) 手 腕 機 械 接 口 處 所 能 承 受 的 最 大 負(fù) 載允 許 值 。 二 、 工 業(yè) 機 器 人 驅(qū) 動 方 法液 壓

5、驅(qū) 動氣 壓 驅(qū) 動直 流 電 機 驅(qū) 動交 流 電 機 驅(qū) 動步 進(jìn) 電 機 驅(qū) 動超 聲 波 電 機 驅(qū) 動 液 壓 驅(qū) 動 把 油 壓 泵 產(chǎn) 生 的 工 作 油 的 壓 力 能 轉(zhuǎn) 變 成 機 械 能 的 裝 置 稱為 液 壓 執(zhí) 行 器 。 在 驅(qū) 功 液 壓 執(zhí) 行 器 時 ， 作 為 外 圍 設(shè) 備 ， 包括 ： (1)形 成 液 壓 的 液 壓 泵 ； (2)供 給 工 作 油 的 導(dǎo) 管 ； (3)控 制 工 作 油 流 動 的 液 壓 控 制 閥 ； (4)控 制 控 制 閥 的 控 制 回 路 ， 根 據(jù) 液 壓 執(zhí) 行 器 輸 出 量 的 形 式 的 不 同 ， 大 致

6、 可 以 把 它 們 區(qū)分 為 作 直 線 運 動 的 油 壓 缸 和 作 旋 轉(zhuǎn) 運 動 的 油 壓 馬 達(dá) 。 液 壓 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 功 率 重 量 比 高 ， 低 速 時 出 力 大 （ 無 論 直 線 驅(qū) 動 還 是 旋 轉(zhuǎn) 驅(qū)動 ） , 適 合 微 處 理 器 及 電 子 控 制 ， 可 用 于 極 端 惡 劣 的 外 部 環(huán) 境 。 由 于 液 壓 系 統(tǒng) 中 存 在 不 可 避 免 的 泄 漏 、 噪 聲 和 低 速 不 穩(wěn) 定 等 問題 ， 以 及 功 率 單 元 非 常 笨 重 和 昂 貴 ， 目 前 已 不 多 使 用 它 們 。 現(xiàn) 在 大 部 分 機 器 人 是 電

7、動 的 ， 當(dāng) 然 仍 有 許 多 工 業(yè) 機 器 人 帶 有 液壓 驅(qū) 動 器 。 此 外 ， 對 于 一 些 需 要 巨 大 型 機 器 人 和 民 用 服 務(wù) 機 器人 的 特 殊 應(yīng) 用 場 合 ， 液 壓 驅(qū) 動 器 仍 可 能 是 合 適 的 選 擇 。 氣 壓 驅(qū) 動 氣 壓 驅(qū) 動 器 在 原 理 上 與 液 壓 驅(qū) 動 器 相 同 ； 由 于 氣 動 裝 置 的 工 作 壓 強 低 ， 和 液 壓 系 統(tǒng) 相 比 ， 功 率 重 量 比 低 得 多 ； 由 于 空 氣 的 可 壓 縮 性 ， 在 負(fù) 載 作 用 下 會 壓 縮 和 變 形 ， 控 制氣 缸 的 精 確 位 置

8、 很 難 。 因 此 氣 動 裝 置 通 常 僅 用 于 插 入 操 作或 1/2自 由 度 關(guān) 節(jié) 上 ； 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 安 全 可 靠 ， 價 格 便 宜 ； 液 壓 驅(qū) 動 與 氣 壓 驅(qū) 動 之 對 比液 壓 驅(qū) 動 適 于 搬 運 較 重 的 物 體 不 適 于 高 速 移 動 適 于 確 定 高 精 度 位 置 氣 壓 驅(qū) 動 適 于 搬 運 較 輕 的 物 體 適 于 高 速 移 動 不 適 于 確 定 高 精 度 位 置 直 流 電 機 驅(qū) 動1. 直 流 電 機 工 作 原 理 直 流 電 動 機 通 過換 向 器 將 直 流 轉(zhuǎn)換 成 電 樞 繞 組 中的 交 流 ，

9、 從 而 使電 樞 產(chǎn) 生 一 個 恒定 方 向 的 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 。T=BILr換 向 器電 刷 2. 矩 頻 特 性 曲 線 ： 電 流 控 制 曲 線 和 電 壓 控 制 曲線 。3. 直 流 電 機 的 控 制 方 式 改 變 電 壓 或 電 流 控 制 轉(zhuǎn) 速 和 轉(zhuǎn) 距 。 其 中 ， KE為 電動 勢 常 數(shù) ， KT為 轉(zhuǎn) 矩 常 數(shù) 。脈 沖 寬 度 調(diào) 制 PWM是 利 用 脈 寬 調(diào) 制 器 對 大 功 率 晶 體 管 開 關(guān) 放 大 器 的 開 關(guān) 時 間 進(jìn) 行 控 制 ， 將 直 流 電 壓 轉(zhuǎn) 換 成 某 一 頻 率 的 矩 形 波 電 壓 ， 加 到 直 流

10、電 機 的 電 樞 兩 端 ，通 過 對 矩 形 波 脈 沖 寬 度 的 控 制 ， 改 變 電 樞 兩 端 的 平 均 電 壓 達(dá) 到 調(diào) 節(jié) 電 機 轉(zhuǎn) 速 的目 的 。 優(yōu) 點 ： 調(diào) 速 方 便 （ 可 無 級 調(diào) 速 ） ， 調(diào) 速 范 圍 寬 ， 低 速 性 能 好（ 啟 動 轉(zhuǎn) 矩 大 ， 啟 動 電 流 小 ） ， 運 行 平 穩(wěn) ， 轉(zhuǎn) 矩 和 轉(zhuǎn) 速 容 易 控 制 。4. 直 流 電 機 的 特 點 缺 點 ： 換 相 器 需 經(jīng) 常 維 護 ， 電 刷 極 易 磨 損 ， 必 須 經(jīng) 常 更 換 ，噪 音 比 交 流 電 機 大 。 交 流 電 機 驅(qū) 動1. 工作原理

11、 2.矩 頻 特 性 曲 線 同 步 電 機 ： 定 子 是 永 磁 體 ， 所 謂 同 步 是 指 轉(zhuǎn) 子 速 度 與 定 子磁 場 速 度 相 同 。異 步 電 機 ： 轉(zhuǎn) 子 和 定 子 上 都 有 繞 組 ， 所 謂 異 步 是 指 轉(zhuǎn) 子 磁場 和 定 子 間 存 在 速 度 差 （ 不 是 角 度 差 ） 。 同 步 電 機 的 特 點 ： 體 積 小 。 用 途 ： 要 求 響 應(yīng) 速 度 快 的 中 等 速度 以 下 的 工 業(yè) 機 器 人 ； 機 床 領(lǐng) 域 。 伺 服 電 機 的 精 度 由 編 碼 器 的 精 度 決 定 。3.交 流 電 機 的 特 點 4.交 流 電

12、機 的 控 制 方 式 改 變 定 子 繞 組 上 的 電 壓 或 頻 率 ， 即 電 壓 控 制 或 頻 率 控 制 方 式 。 特 點 ： 無 電 刷 和 換 向 器 ， 無 產(chǎn) 生 火 花 的 危 險 ； 比 直 流 電 機 的驅(qū) 動 電 路 復(fù) 雜 、 價 格 高 。 異 步 電 機 的 特 點 ： 轉(zhuǎn) 子 慣 量 很 小 ， 響 應(yīng) 速 度 很 快 。 用 途 ： 中等 功 率 以 上 的 伺 服 系 統(tǒng) 。 步 進(jìn) 電 機 驅(qū) 動 步 進(jìn) 電 機 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 主 要 用 于 開 環(huán) 位 置 控 制 系 統(tǒng) 。 優(yōu) 點 ： 控制 較 容 易 ， 維 修 也 較 方 便 ， 而 且

13、 控 制 為 全 數(shù) 字 化 。 缺 點 ： 由 于 開環(huán) 控 制 ， 所 以 精 度 不 高 。 永 磁 式 PM（ permanent magnet） ； 反 應(yīng) 式（ 也 稱 可 變 磁 阻 式 ） VR（ variable reluctance） ， 在 歐 美 等 發(fā) 達(dá)國 家 80年 代 已 被 淘 汰 ； 混 合 式 HB（ hybrid） ， 混 合 式 是 指 混 合 了永 磁 式 和 反 應(yīng) 式 的 優(yōu) 點 ， 混 合 式 步 進(jìn) 電 機 的 應(yīng) 用 最 為 廣 泛 。 是 一 種 將 電 脈 沖 轉(zhuǎn) 化 為 角 位 移 的 執(zhí) 行 機 構(gòu) 。 簡 單 說 ：當(dāng) 步 進(jìn) 驅(qū)

14、 動 器 接 收 到 一 個 脈 沖 信 號 ， 它 就 驅(qū) 動 步 進(jìn) 電 機 按 設(shè) 定 的方 向 轉(zhuǎn) 動 一 個 固 定 的 角 度 （ 即 步 進(jìn) 角 ） 。 可 以 通 過 控 制 脈 沖 個 數(shù)來 控 制 角 位 移 量 ， 從 而 達(dá) 到 準(zhǔn) 確 定 位 的 目 的 ； 同 時 可 以 通 過 控 制脈 沖 頻 率 來 控 制 電 機 轉(zhuǎn) 動 的 速 度 和 加 速 度 ， 從 而 達(dá) 到 調(diào) 速 的 目 的。1.工作原理 PM式 步 進(jìn) 電 機 轉(zhuǎn) 子 是 永 磁 體 ， 定 子 是 繞 組 ， 在 定 子 電 磁 鐵 和 轉(zhuǎn) 子 永 磁 體 之間 的 排 斥 力 和 吸 引

15、力 的 作 用 下 轉(zhuǎn) 動 ， 步 距 角 一 般 為 7.5o90o。 VR式 步 進(jìn) 電 機 用 齒 輪 狀 的 鐵 心 作 轉(zhuǎn) 子 ， 定 子 是 電 磁 鐵 。 在 定 子 磁 場 中 ，轉(zhuǎn) 子 始 終 轉(zhuǎn) 向 磁 阻 最 小 的 位 置 。 步 距 角 一 般 為 0.9o15o。 HB式 步 進(jìn) 電 機 是 PM式 和 VR式 的 復(fù) 合 形 式 。 在 永 磁 體 轉(zhuǎn) 子 和 電 磁 鐵 定 子 的 表面 上 加 工 出 許 多 軸 向 齒 槽 ， 產(chǎn) 生 轉(zhuǎn) 矩 的 原 理 與 PM式 相 同 ， 轉(zhuǎn) 子 和 定 子 的 形 狀 與 VR式 相 似 ， 步 距 角 一 般 為

16、0.9o15o。 2. 運 行 矩 頻 特 性3. 步 進(jìn) 電 機 驅(qū) 動 的 特 點 控 制 系 統(tǒng) 簡 單 可 靠 ， 成 本 低 ； 控 制 精 度 受 步 距 角 限 制 ， 高負(fù) 載 或 高 速 度 時 易 失 步 ， 低 速 運 行 時 會 產(chǎn) 生 步 進(jìn) 運 行 現(xiàn) 象 。 起動曲線運行曲線在這個輸出轉(zhuǎn)矩區(qū)間，步進(jìn)電機啟動時的輸入脈沖頻率必須緩慢增加 實 現(xiàn) 了 位 置 ， 速 度 和 力 矩 的 閉 環(huán) 控 制 ； 克 服 了 步 進(jìn) 電 機 失 步的 問 題 ；高 速 性 能 好 ， 一 般 額 定 轉(zhuǎn) 速 能 達(dá) 到 2000 3000轉(zhuǎn) ；抗 過 載 能 力 強 ， 能

17、承 受 三 倍 于 額 定 轉(zhuǎn) 矩 的 負(fù) 載 ， 對 有 瞬 間 負(fù)載 波 動 和 要 求 快 速 起 動 的 場 合 特 別 適 用 ；低 速 運 行 平 穩(wěn) ， 低 速 運 行 時 不 會 產(chǎn) 生 類 似 于 步 進(jìn) 電 機 的 步 進(jìn)運 行 現(xiàn) 象 。 適 用 于 有 高 速 響 應(yīng) 要 求 的 場 合 ；電 機 加 減 速 的 動 態(tài) 相 響 應(yīng) 間 短 ， 一 般 在 幾 十 毫 秒 之 內(nèi) ；發(fā) 熱 和 噪 音 明 顯 降 低 。 伺 服 電 機 與 步 進(jìn) 電 機 比 較伺服電機的優(yōu)勢： 直 接 驅(qū) 動 電 機優(yōu) 點 ： 不 用 齒 輪 減 速 器 直 接 驅(qū) 動 ， 因 此

18、具 有 無 間 隙 、 摩 擦 小 、機 械 剛 度 高 等 優(yōu) 點 ， 可 以 實 現(xiàn) 高 速 、 高 精 度 的 位 置 控 制 和 微 小 力控 制 。缺 點 ： 因 為 沒 有 減 速 機 構(gòu) ， 所 以 容 易 受 載 荷 的 影 響 。種 類 ： 直 流 力 矩 電 機 、 無 刷 直 流 電 機 、 VR式 電 機 等 。 機 器 人 對 關(guān) 節(jié) 驅(qū) 動 電 機 的 要 求 1、 快 速 性 ， 電 動 機 從 獲 得 指 令 信 號 到 完 成 指 令 所 要 求 的工 作 狀 態(tài) 的 時 間 應(yīng) 短 。 響 應(yīng) 指 令 信 號 的 時 間 愈 短 ， 電 伺 服系 統(tǒng) 的 靈

19、 敏 性 愈 高 ， 快 速 響 應(yīng) 性 能 愈 好 ， 一 般 是 以 伺 服 電動 機 的 機 電 時 間 常 數(shù) 的 大 小 來 說 明 伺 服 電 動 機 快 速 響 應(yīng) 的性 能 。 2、 調(diào) 速 范 圍 寬 ， 能 使 用 于 1： 1000 10000的 調(diào) 速 范 圍 。 3、 體 積 小 、 質(zhì) 量 小 、 軸 向 尺 寸 短 。 4、 控 制 特 性 的 連 續(xù) 性 和 直 線 性 ， 隨 著 控 制 信 號 的 變 化 ，電 動 機 的 轉(zhuǎn) 速 能 連 續(xù) 變 化 ， 有 時 還 需 轉(zhuǎn) 速 與 控 制 信 號 成 正比 或 近 似 成 正 比 。 5、 能 經(jīng) 受 得

20、起 苛 刻 的 運 行 條 件 ， 可 進(jìn) 行 十 分 頻 繁 的 正反 向 和 加 減 速 運 行 ， 并 能 在 短 時 間 內(nèi) 承 受 過 載 。 6、 起 動 轉(zhuǎn) 矩 慣 量 比 大 ， 在 驅(qū) 動 負(fù) 載 的 情 況 下 ， 要 求 機器 人 的 伺 服 電 動 機 的 起 動 轉(zhuǎn) 矩 大 ， 轉(zhuǎn) 動 慣 量 小 。 驅(qū) 動 方 式 的 選 擇 機 器 人 驅(qū) 動 器 要 求 啟 動 力 矩 大 、 調(diào) 速 范 圍 寬 、 慣 量 小 選 擇 驅(qū) 動 方 式 ： 負(fù) 荷 為 2000N以 下 采 用 電 動 驅(qū) 動 方 式 小 功 率 點 位 控 制 采 用 氣 動 驅(qū) 動 方 式

21、大 功 率 大 力 矩 采 用 液 壓 驅(qū) 動 方 式 選 擇 驅(qū) 動 器 容 量 ： 額 定 速 度 時 的 額 定 功 率 關(guān) 節(jié) 加 減 速 時 加 速 功 率 最 不 利 形 位 時 的 負(fù) 載 力 矩 三 、 機 器 人 的 傳 動 機 構(gòu) 1） 常 用 傳 動 機 構(gòu) 類 型 和 特 點(1) 齒 輪 類 傳 動 ： 主 要 有 齒 輪 、 蝸 輪 蝸 桿 、 齒 輪 齒 條 優(yōu) 點 ： 響 應(yīng) 快 、 扭 矩 大 、 剛 性 好缺 點 ： 傳 動 有 間 隙 、 故 回 差 大 ， 精 度 低 應(yīng) 用 ： 腰 、 腕 關(guān) 節(jié)(2) 鏈 索 類 傳 動 ： 主 要 有 鏈 條 、

22、齒 形 帶 、 鋼 帶優(yōu) 點 ： 無 間 隙 、 剛 度 與 張 緊 裝 置 有 關(guān) ， 力 矩 較 大缺 點 ： 速 比 小 ， 齒 形 帶 和 鋼 帶 適 用 于 小 負(fù) 載應(yīng) 用 ： 腕 關(guān) 節(jié) 2) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 使 絲 杠 與 螺 母 之 間 由 滑 動 摩 擦 度 為 滾 動 摩 擦 的 一 種 螺 旋 轉(zhuǎn) 動在 數(shù) 控 機 床 和 機 器 人 中 應(yīng) 用 較 為 廣 泛 。(1)結(jié) 構(gòu) 組 成 ： 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 可 分 為 內(nèi) 循 環(huán) 和 外 循 環(huán) 兩 種 。 為 消 除 回差 ， 螺 母 分 成 兩 段 ， 采 用 雙 螺 母 預(yù) 緊 消 除 間

23、隙 的 方 式 ， 以墊 片 、 鎖 緊 螺 母 、 齒 差 調(diào) 整 兩 段 螺 母 的 相 對 位 置 。(2)特 點 ：摩 擦 系 數(shù) 小 且 動 靜 摩 擦 系 數(shù) 差 小 ， 效 率 高 且 逆 傳 動 效 率也 高 ， 靈 敏 度 高 、 傳 動 平 移 、 磨 損 小 、 壽 命 長 。 3)諧 波 齒 輪 減 速 器(1) 原 理 和 結(jié) 構(gòu)三 大 基 本 構(gòu) 件 ： 剛 輪 、 柔 輪 、 波 發(fā) 生 器剛 輪 固 定 時 減 速 比 ： 剛 輪 固 定 時 減 速 比 ：Z b ： 柔 輪 齒 數(shù) Zg ： 剛 輪 齒 數(shù) bg b zz zi bg g zz zi 1 4) RV擺 線 針 輪 傳 動(1)工 作 原 理 ： 由 一 級 行 星 輪 系 再 串 聯(lián) 一 級 擺 線 輪減 速 器 組 合 而 成 。(2)特 點 ： 除 了 諧 波 傳 動 優(yōu) 點 外 ， 最 顯 著 的 特 點 是剛 性 好 。 謝 謝 觀 看