点 是 :结 构 比 较 简 单 手 臂 运 动范 围 大 且 有 较 高 的 定 位 准 确 度 。
机 械 手 工 作 布 局 图 如 图 2-2 所 示 。
2.2 机械手腰座结构的设计 进行了机械手的总体设计后,就要针对机械手的腰部、手臂、手腕、末端执行器等各个部分进行详细设计。
2.2.1 机 械 手 腰 座 结 构 的 设 计 要 求 工业机器人腰座,就是圆柱坐标机器人,球坐标机器人及关节型机器人的回转基座。
它是机器人的第一个回转关节,机器人的运动部分全部安装在腰座上,它承受了机器人的全部重量。
在设计机器人腰座结构时,要注意以下设计原则: 1.腰 座 要 有 足 够 大 的 安 装 基 面 , 以 保 证 机 器 人 在 工 作 时 整 体 安装的稳定性。
2.腰 座 要 承 受 机 器 人 全 部 的 重 量 和 载 荷 , 因 此 , 机 器 人 的 基 座和腰部轴及轴承的结构要有足够大的强度和刚度,以保证其承载能力。
3.机 器 人 的 腰 座 是 机 器 人 的 第 一 个 回 转 关 节 , 它 对 机 器 人 末 端的运动精度影响最大,因此,在设计时要特别注意腰部轴系及传动链的精度与刚度的保证。
4.腰 部 的 回 转 运 动 要 有 相 应 的 驱 动 装 置 ,它 包 括 驱 动 器( 电 动 、液压及气动)及减速器。
驱动装置一般都带有速度与位置传感器,以及制动器。
5.腰 部 结 构 要 便 于 安 装 、 调 整 。
腰 部 与 机 器 人 手 臂 的 联 结 要 有可靠的定位基准面,以保证各关节的相互位置精度。
要设有调整机构,用来调整腰部轴承间隙及减速器的传动间隙。
6.为 了 减 轻 机 器 人 运 动 部 分 的 惯 量 , 提 高 机 器 人 的 控 制 精 度 ,一般腰部回转运动部分的壳体是由比重较小的铝合金材料制成,而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成。
2.2.2 设 计 具 体 采 用 方 案 腰 座 回 转 的 驱 动 形 式 要 么 是 电 机 通 过 减 速 机 构 来 实 现 ,要 么 是通过摆动液压缸或液压马达来实现,目前的趋势是用前者。
因为电动方式控制的精度能够很高,而且结构紧凑,不用设计另外的液压系统及其辅助元件。
考虑到腰座是机器人的第一个回转关节,对机械手的最终精度影响大,故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。
一般电机都不能直接驱动,考虑到转速以及扭矩的具体要求,采用大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大。
因为齿轮传动存在着齿侧间隙,影响传动精度,故采用一级齿轮传动,采用大的传 ,动 比 ( 大 于 100) 同 时 为 了 减 小 机 械 手 的 整 体 结 构 , 齿 轮 采 用 高 强度、高硬度的材料,高精度加工制造,尽量减小因齿轮传动造成的误 差 。
腰 座 具 体 结 构 如 图 2-3 所 示 : 图 2-3 腰座结构图2.3 机械手手臂的结构设计2.3.1 机 械 手 手 臂 的 设 计 要 求 机器人手臂的作用,是在一定的载荷和一定的速度下,实现在机器人所要求的工作空间内的运动。
在进行机器人手臂设计时,要遵循下述原则; 1.应 尽 可 能 使 机 器 人 手 臂 各 关 节 轴 相 互 平 行 ; 相 互 垂 直 的 轴 应尽可能相交于一点,这样可以使机器人运动学正逆运算简化,有利于机器人的控制。
2.机 器 人 手 臂 的 结 构 尺 寸 应 满 足 机 器 人 工 作 空 间 的 要 求 。
工 作 空 间的形状和大小与机器人手臂的长度,手臂关节的转动范围有密切的关系。
但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求,如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求,则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。
3.为 了 提 高 机 器 人 的 运 动 速 度 与 控 制 精 度 , 应 在 保 证 机 器 人 手臂有足够强度和刚度的条件下,尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。
力求选用高强度的轻质材料,通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。
目前,在国外,也在研究用碳纤维复合材料制造机器人手臂。
碳纤维复合材料抗拉强度高,抗振性好,比重小(其比 重 相 当 于 钢 的 1/4,相 当 于 铝 合 金 的 2/3) ,但 是 ,其 价 格 昂 贵 ,且在性能稳定性及制造复杂形状工件的工艺上尚存在问题,故还未能在生产实际中推广应用。
目前比较有效的办法是用有限元法进行机器人手臂结构的优化