基于機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)的研究

1、基于機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)的研究【摘要】機(jī)械手臂是機(jī)器人的一個(gè)重要組成。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。本文著重分析了旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、傳動(dòng)系統(tǒng)、減速系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容，希望與大家共同探討?！娟P(guān)鍵詞】機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)隨著制造成本的降低、工作效率和可靠性的大副提高，在工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛。機(jī)械手臂是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在

2、生產(chǎn)過程中，機(jī)械手臂廣泛應(yīng)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，使得現(xiàn)代生產(chǎn)能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。下面主要探討機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、傳動(dòng)系統(tǒng)、減速系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)等的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。一、手臂關(guān)節(jié)模塊設(shè)計(jì)手臂關(guān)節(jié)模塊包含了許多零部件，主要有旋轉(zhuǎn)電機(jī)、減速器和反饋單元等。在手臂關(guān)節(jié)的內(nèi)部固定了控制單元和傳動(dòng)系統(tǒng)，以二級減速傳動(dòng)作為傳動(dòng)模式，即齒輪減速傳動(dòng)與諧波減速傳動(dòng)，這種傳動(dòng)模式可以支持手臂關(guān)節(jié)自由度之內(nèi)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。下面具體闡述其設(shè)計(jì)方案：（一）模塊外殼方

3、案手臂關(guān)節(jié)的外殼能夠?yàn)殡姍C(jī)、制動(dòng)器、滾動(dòng)軸承提供必要的機(jī)械支撐，并起到必要的保護(hù)作用。在手臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的過程中，模塊的外殼也軸傳動(dòng)的作用是，首先支持來自中心齒輪的動(dòng)力，其次還要為波發(fā)射器高效傳遞動(dòng)力。考慮到中軸會(huì)承接一定比例的來自軸向的受力和很大比例的徑向應(yīng)力，因此為支持中軸，引入了角接觸軸承。中軸傳動(dòng)單元主要由旋轉(zhuǎn)模塊、斷電制動(dòng)器、卡簧、角接觸軸承、中心齒輪、主軸、連接法蘭以及波發(fā)射器組成，圖3所示為中軸傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)示意圖。因?yàn)橹休S傳

4、動(dòng)單元在設(shè)計(jì)上要求同軸度與圓柱度都在較高的水準(zhǔn)，因此尤其應(yīng)注重其材料選擇和參數(shù)控制。本研究所設(shè)計(jì)的中軸用以45號鋼才作為原料，并在成型后淬火，從而保證單元在表面具備一定的硬度。在中軸傳動(dòng)方案中，最關(guān)鍵的是旋轉(zhuǎn)模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)模塊的設(shè)計(jì)思路是：將其轉(zhuǎn)軸與中心軸線重合，并以電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在模塊上部署有電磁編碼器，用于周期性地檢測角位移和角速度。將之與直流伺服電機(jī)相聯(lián)。結(jié)合具體的應(yīng)用環(huán)境與需求，直流伺服電機(jī)也可以加裝起到減速增力作用的行星減速

5、箱，共同起到動(dòng)力輸出的作用。而后通過小齒輪與中心齒輪的咬合，以正齒輪傳動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的減速增力功能。斷電制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是中軸傳動(dòng)方案中的關(guān)鍵，斷電制動(dòng)器有兩方面的作用，首先在旋轉(zhuǎn)模塊進(jìn)行位置搜索時(shí)能夠起到保持作用，其次，在旋轉(zhuǎn)模塊因故失去電源之后也能發(fā)揮保護(hù)的功能。在中軸中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)單元加電，并處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，斷電制動(dòng)單元便會(huì)隨著系統(tǒng)的小齒輪單元傳遞過來的中心齒輪作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，而在斷電制動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，其輸出軸的動(dòng)力也來自小齒輪單