1.螺旋传动
它主要是用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有传递能量为主的,如螺旋压力机、千斤顶等;有以传递运动为主的,如机床工作台的进给丝杠。 2.齿轮传动
在机械手中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮,圆锥齿轮,谐波齿轮,摆线针轮及蜗轮蜗杆传动等。
齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器,用于伺服系统的齿轮减速器是一个力矩变换器。齿轮传动时,齿轮传动形式及其传动比必须是最佳匹配,应满足驱动部件与负载之间的位移及转矩、转速的匹配要求,其输入电动机为高转速,低转矩,而输出则为低转速,高转矩,且系统要有足够的刚度。同时,为保证在同一驱动功率时,其加速度响应最大,还要求其转动惯量尽量小。为使系统稳定,不产生传动死区,要尽量采用齿侧间隙小,精度高的齿轮,并采用调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙,从而提高传动精度和系统的稳定性,降低成本。 3.链传动
在机械手中链传动多用于腕传动上,为了减轻机械手末端的重量,一般都将腕关节驱动电机安装在小臂后端或大臂关节处。由于电机距离被传动的腕关节较远,故采用精密套筒滚子链来传动。 4.同步带传动
同步带传动是综合了普通带传动和链传动优点的一种新型传动。为保证带和带轮作无滑动的同步传动,在带的工作面及带轮外周上均制有采用承载后无弹性变形的高强力材料制成啮合齿,通过齿间啮合进行传动。其特点是传动比准确、传动效率高(可达98%)、节能效果好;能吸振、噪声低、不需要润滑;传动平稳,能高速传动(可达40m/s)、传动比可达10,结构紧凑、维护方便等优点,故在机械手中使用很多。 2.6.3具体设计方案
因为选用了液压缸作为机械手的手臂,它既是关节结构,又是动力单元,因此不需要中间传动机构,既简化了结构,又提高了精度。而其腰座的回转采用步进电动机驱动,而电动机不能作为直接驱动元件,因此为取得较大的转矩,经分析比较,选择圆柱齿轮传动。为了保证比较高的精度,尽量减小因齿轮传动造成的误差;同时大大增大扭矩,以较大的降低电机转速,使机械手的运动平稳,动态性能好。这里只采用一级齿轮传动,采用大的传动比(大于100),齿轮采用高强度、高硬度的材料,高精度加工制造。 2.7机械手驱动系统设计 2.7.1常用驱动系统及其特点
工业常用驱动系统,按动力源分为液压、气动和电动三大类。根据需要也可将这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。这三类基本驱动系统的主要特点如下。 1.液压驱动系统
具有动力大、力(或力矩)与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动、精度高等特点。适合于在承载能力大,惯量大以及在防火防爆的环境中工作的机械手。 2.气动驱动系统
具有速度快,系统结构简单,维修方便、价格低等特点。适用于中、小负荷的机械手中采用。但是因难于实现伺服控制,多用于程序控制的机械手中。 3.电动驱动系统
具有使用方便,噪声较低,控制灵活等特点。这类驱动系统不需要能量转换,但大多数电机后面需安装精密的传动机构。 2.7.2具体设计方案
在分析了具体工作要求后,综合考虑各个因素,机械手腰部的旋转运动需要一定的定位控制精度,因此采用步进电动机来实现。由于手臂采用液压缸,故用液压驱动。随着机床加工的工件的不同,手臂伸出长度不同,要求手臂具有伺服定位能力,故采用电液伺服液压缸进行驱动。而手爪的张开和夹紧通过液压柱塞缸活塞与中间齿轮和扇形齿轮配合来实现,即手爪在柱塞缸推力作用下通过活塞杆端部齿条、中间齿轮及扇形齿轮使手指张开和闭合。 2.8 机械手手臂的平衡机构设计
直角坐标型、圆柱坐标型和球坐标型机械手可以通过合理布局,优化设计结构,使得手臂本身可能达到平衡。关节机械手手臂一般都需要平衡装置,以减小驱动器的负荷,同时缩短启动时间。
2.8.1平衡机构的形式 1.配重平衡机构
这种平衡装置结构简单,平衡效果好,易于调整,工作可靠,但增加了机械手手臂的惯量与关节轴的载荷。一般在机械手手臂的不平衡力矩比较小的情况下采用这种平衡机构。 2.弹簧平衡机构
弹簧平衡机构,机构简单、造价低、工作可靠、平衡效果好、易维修,因此应用广泛。 3.活塞推杆平衡机构
活塞式平衡系统分为两种,一是液压平衡系统,二是气动平衡系统。其中液压平衡系统平衡力大,体积小,有一定的阻尼作用;而气动平衡系统,具有很好的阻尼作用,但体积比较大。活塞式平衡需要配备有专门的液压或气动装置,系统复杂,因此造价高,设计、安装和调试都增加了难度,但是平衡效果好。用于配重平衡、弹簧平衡满足不了工作要求的场合。 2.8.2具体设计方案
因为本机械手采用圆柱坐标型的结构,而且在手臂的结构设计以及整个机械手的设计和布局中都重点考虑了机械手手臂的平衡问题,通过合理布局,优化设计结构,使得手臂本身尽可能达到平衡。若实际工作中平衡结果不满足,则设置弹簧平衡机构进行平衡。 第3章 理论分析和设计计算 3.1电机选型有关参数计算 3.1.1有关参数的计算
1.若传动负载作直线运动(通过滚珠丝杠)则有
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