基于機器人手臂關(guān)節(jié)機械設(shè)計的研究

1、基于機器人手臂關(guān)節(jié)機械設(shè)計的研究【摘要】機械手臂是機器人的一個重要組成。它的特點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器各自的優(yōu)點，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)、傳動系統(tǒng)、減速系統(tǒng)進行實現(xiàn)等內(nèi)容，希望與大家共同探討?！娟P(guān)鍵詞】機器人手臂關(guān)節(jié)機械設(shè)計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)中機器人的應(yīng)用越來越廣泛。機械手臂是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在

2、生產(chǎn)過程中，機械手臂廣泛應(yīng)用于自動生產(chǎn)線中，使得現(xiàn)代生產(chǎn)能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。下面主要探討機器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、傳動系統(tǒng)、減速系統(tǒng)進行實現(xiàn)等的設(shè)計實現(xiàn)。一、手臂關(guān)節(jié)模塊設(shè)計手臂關(guān)節(jié)模塊包含了許多零部件，主要有旋轉(zhuǎn)電機、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系統(tǒng)，以二級減速傳動作為傳動模式，即齒輪減速傳動與諧波減速傳動，這種傳動模式可以支持手臂關(guān)節(jié)自由度之內(nèi)的回轉(zhuǎn)運動。下面具體闡述其設(shè)計方案：（一）模塊外殼方

3、案手臂關(guān)節(jié)的外殼能夠為電機、制動器、滾動軸承提供必要的機械支撐，并起到必要的保護作用。在手臂關(guān)節(jié)運動的過程中，模塊的外殼也軸傳動的作用是，首先支持來自中心齒輪的動力，其次還要為波發(fā)射器高效傳遞動力?？紤]到中軸會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。中軸傳動單元主要由旋轉(zhuǎn)模塊、斷電制動器、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所示為中軸傳動方案的設(shè)計示意圖。因為中軸傳

4、動單元在設(shè)計上要求同軸度與圓柱度都在較高的水準，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。在中軸傳動方案中，最關(guān)鍵的是旋轉(zhuǎn)模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計。旋轉(zhuǎn)模塊的設(shè)計思路是：將其轉(zhuǎn)軸與中心軸線重合，并以電機驅(qū)動。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相聯(lián)。結(jié)合具體的應(yīng)用環(huán)境與需求，直流伺服電機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，以正齒輪傳動方式來實現(xiàn)系統(tǒng)的減速增力功能。斷電制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計也是中軸傳動方案中的關(guān)鍵，斷電制動器有兩方面的作用，首先在旋轉(zhuǎn)模塊進行位置搜索時能夠起到保持作用，其次，在旋轉(zhuǎn)模塊因故失去電源之后也能發(fā)揮保護的功能。在中軸中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)單元加電，并處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)的時候，斷電制動單元便會隨著系統(tǒng)的小齒輪單元傳遞過來的中心齒輪作用而轉(zhuǎn)動，而在斷電制動器運動的時候，其輸出軸的動力也來自小齒輪單