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湖南科技大学本科生毕业设计
α(转动组件-结构形式2) 270 5.角位移速度范围,(°)/s
A,B及C 1.36~120
α 90 6.X或Z线位移速度范围,m/s 0.008~0.5 7.最大绝对定位误差,mm 0.5 8.手臂最大伸距,mm 630
9.夹紧力,N 360~500 10.负载零件尺寸范围,mm
按外径 20~150 按内径 38~168 11.重量,kg 110 驱动方式:电机或者气动 安装方式:挂壁
动作类型:垂直多关节型
2.3 工业机器人的驱动方式选择
现代工业机器人只有三种驱动方式:气动驱动、液压驱动和电机驱动。他们的不同特点及使用范围如表所示:
表2.1 驱动方式的分类表
驱动类型
气动
适合小功率传动,可达较高速度,但高速时
传动性能
有冲击,气体具有可压缩性,阻尼效果差,故平稳性较差。 控制调节环节较简单,高速时要设置缓冲
控制性能
或者制动装置,低速不易控制,速度位置控制难以达到精确值,一般不能用于伺服控制。
快速响应性能
较高
很高
控制调节环节较简单,在高、低速下都可将位置、速度控制到精确值,常用伺服控制。
液压
适合中、大功率传动传动平稳、无冲击,可达较高速度,液体不可压缩,故响应性能良好。
电动
适合中、小功率传动,传动平稳、灵活、速度快。
直流伺服电机控制较简单,交流伺服电机控制较复杂,速度、位置都可控制到精确值,常用于伺服控制。
很高
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0.3(节流调速)至0.6(容积调速) 防爆性能好,液压油
安全性能
防爆型能好
泄漏后有发生火灾的危险
执行机构(直线气缸、气压马达)可做成独立的标准件,易实现直接
结构性能
驱动;压力小(一般小于1Mpa),输出力小;密封问题不突出,泄漏对环境无污染,需要气压供给系统。
执行机构(直线缸、摆动缸)可做成独立的标准部件,易实现直接
电机是标准件,结构性能好,除特殊电机(直
效率 0.15 0.5
交流电机防爆性能好,直流电机电刷产生火花,不防爆
驱动;相同输出条件下,接驱动电机、大力矩电体积小、重量轻、惯性小;密封间隙很重要,泄漏影响工作性能和污染环境;需要油源占地面积大。
安装维护要求高,温
机)外;电机都要减速器,不能直接驱动,加减速器后体积、惯量变大。
安装要求不太高,能度升高时,油液粘度降在高温、多粉尘条件下
安装维护
工作;无发热、爆炸、
低,影响工作性能,需要冷却装置;油液要定
安装要求随传动方式而异无管路系统,维护方面;对直流电机要求定时调整、更换电刷及注意防爆问题。
火灾等问题;维护简单;期过滤、更换;密封件要求过滤水分及注意系
要定期更换;油液的泄
统润滑、防锈等问题。 漏影响工作性能,易发
生火灾。
成本
低
适用于小载荷(200N左右)的有限点位控制
应用
的上下料(搬运)机器人,如冲床上的快道上下料;手爪上应用尤其广泛。
高
适用于重负荷(1000N)的搬运、点焊等机器人,以及连续轨迹伺服控制喷漆机器人(具有防爆性能)等。
高
适用于中小符合(几十牛顿到几千牛顿)的搬运、焊接、喷漆(限交流电机)、装配、涂胶等各种伺服型机器人。
机器人驱动系统各有其优缺点,通常对机器人的驱动系统的要求有: (1)驱动系统的质量尽可能要轻,单位质量的输出功率要高,效率也要高; (2)反应速度要快,即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大,能够进行频繁的气动、止动,正、反转切换;
(3)驱动尽可能灵活,位移偏差和速度偏差要小; (4)安全可靠;
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(5)操作和维护方便;
本次毕业设计所选用的电机都采用了电机和齿轮轮系一体化,结构紧凑,具有很强的带负载能力,但是不能通过电机直接驱动各个连杆的运动。为了减小机构运动过程的冲击和振动,并且不降低控制精度,采用了齿形带传动。
齿形带传动是同步带的一种,用来传递平行轴间的运动或者将回转运动转换成直线运动,主要用于手臂、手腕、腰关节的传动。
齿形带传动与原理如图所示:
图2.2 齿形带传动原理图
齿形带传动运算公式为:
齿轮带的平均速度为:
va?z1.t.n1?z2.t.n2
i?n2z1? n1z2 (2.1)
(2.2)
根据任务书要求:设计手腕转动机构,机器人总体结构图,进行运动学分析。通过查上表分析易知在手臂转动,直线移动等机构中采用电动机驱动,在手腕转动机构中采用气动驱动方式,这样比较经济合理,降低了成本,并且达到设计要求。
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2.4 工业机器人的运动学分析
2.4.1M10型工业机器人运动学简图:
图2.3 M10型工业机器人运动学简图
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