《工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)設(shè)計 模塊3 工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)

《工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)設(shè)計模塊3工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)

是由一名操縱人員慎重地處理來達(dá)到目的,如蝎形輕弩炮或不等圓的螺旋裝置。

”因此,機械和工具都是實際生產(chǎn)中不行缺少的東西。

古羅馬數(shù)學(xué)家希羅認(rèn)為機械的要素有五類:輪與軸、杠桿、滑車、尖劈、螺旋。

這一論述反映了古典機械的特征。

現(xiàn)代機械的定義來源于機械工程學(xué)。

機器是執(zhí)行機械運動的裝置,用來變換或傳遞能量、物料、信息。

在生產(chǎn)和日常生活中,機器已成為代替或減輕人類勞動、提高勞動生產(chǎn)率的主要手段。

使用機器的水平是衡量一個國家現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。

二、機械系統(tǒng)的組成及功能工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)主要指的是本體部分的機械結(jié)構(gòu),它主要由驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)組成。

驅(qū)動機構(gòu)是為機械的運動功能供應(yīng)驅(qū)動力的機構(gòu),常用的有電機驅(qū)動機構(gòu)、液壓驅(qū)動機構(gòu)和氣動驅(qū)動機構(gòu)。

傳動機構(gòu)是指把驅(qū)動機構(gòu)的動力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)部分。

在實際應(yīng)用中,除了本身的傳動功能,傳動機構(gòu)還能進行變速、變向、轉(zhuǎn)變扭矩及轉(zhuǎn)變運動形式等功能,這為機械運動供應(yīng)了寬闊的設(shè)計天地。

執(zhí)行機構(gòu)是指在機械設(shè)備中用于執(zhí)行詳細(xì)工作的部分。

在許多機械設(shè)備中,有的既是傳動機構(gòu)也是執(zhí)行機構(gòu),整個系統(tǒng)中,它們沒有明顯的區(qū)分。

單元2工業(yè)機器人的傳動系統(tǒng)機械設(shè)備中的傳動系統(tǒng)是指把動力設(shè)備的動力傳遞給工作機構(gòu)的中間機械裝置。

工業(yè)機器人中常用的傳動系統(tǒng)有齒輪傳動機構(gòu)、同步帶傳動機構(gòu)、絲杠與導(dǎo)軌傳動機構(gòu)、絲杠與滾珠花鍵傳動機構(gòu)等。

一、齒輪傳動齒輪是指輪緣上有齒的輪狀連續(xù)嚙合傳遞運動和動力的機械元件。

由兩個或以上齒輪組成的機構(gòu)是齒輪傳動機構(gòu)。

齒輪機構(gòu)是應(yīng)用最廣的傳動機構(gòu)之一。

為了獲得大的傳動比,或為了將輸入軸的一種轉(zhuǎn)速變換為輸出軸的多種轉(zhuǎn)速等緣由,常采納一系列相互嚙合的齒輪將輸入軸和輸出軸連接起來。

這種由一系列齒輪組成的傳動系統(tǒng)稱為輪系。

輪系可分為兩種類型:定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系。

1傳動比和功率范圍廣。

2傳動比穩(wěn)定,傳動效率高。

3可實現(xiàn)平行軸、任意角度相交軸及任意角交叉軸之間的傳動。

1制造和安裝精度要求高,成本較高。

2不適于遠(yuǎn)距離傳動。

根據(jù)兩軸的相對位置和齒向。

工業(yè)機器人使用的減速機均是以齒輪為傳動基體,所以,齒輪是工業(yè)機器人傳動機構(gòu)的核心部件。

不僅是工業(yè)機器人,齒輪的應(yīng)用幾乎涵蓋了整個現(xiàn)代動力設(shè)備。

二、同步帶傳動同步帶傳動是以內(nèi)壁成齒狀的同步帶和外周成齒狀的同步輪嚙合實現(xiàn)傳動的機構(gòu)。

同步帶通常是由橡膠、抗拉體和包布制成的。

抗拉體在傳動中為同步帶供應(yīng)支撐力。

依據(jù)齒形分類,同步帶有梯形齒、圓弧形齒、型齒和拋物線型齒等類型,最常用的是梯形齒和圓弧形齒。

同步帶同步輪一般由45#、鋁合金等材料制成,再進行相應(yīng)的表面處理。

1傳動精確?????,工作時無滑動,具有恒定的傳動比。

2傳動平穩(wěn),具有緩沖、減振力量,噪聲低。

3傳動效率高,,節(jié)能效果明顯。

4維護保養(yǎng)便利,不需潤滑,維護費用低。

5速率比范圍大,一般可達(dá)10,線速度可達(dá)50,具有較大的功率傳遞范圍,可達(dá)幾瓦到幾百千瓦。

6可用于長距離傳動,中心距可達(dá)10以上。

7相對于型帶傳送,預(yù)緊力較小,軸和軸承上所受載荷小。

因此,同步帶傳動被廣泛用于紡織、機床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中,尤其在靜音、無塵、干燥的工作環(huán)境下具有巨大的優(yōu)勢。

1帶體疲憊斷裂。

2帶齒剪斷和壓潰。

3帶側(cè)、帶齒磨損,包布剝離。

4承載層伸長、節(jié)距增大,形成齒的干涉、爬齒。

5沖擊、過載使帶體斷裂。

6帶背面裂紋或帶變軟。

7運行噪音過大。

三、絲杠與導(dǎo)軌傳動一滾珠絲杠滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動,或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的機械機構(gòu),是工具機械和精密機械上最常用的傳動元件,兼具高精度、可逆性和高效率的特點。

由于滾珠絲杠運動時摩擦阻力微小,因此被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。

滾珠絲杠依據(jù)鋼珠回流方式分為三類,分別是外循環(huán)式、內(nèi)循環(huán)式、端蓋式。

、軸徑、螺距、珠、圈回流方式、珠卷回流系數(shù)、珠徑和螺帽形式等。

1行程:螺母做線性運動的有效行程。

2軸徑:絲杠直徑,軸徑越大,負(fù)載越大。

3螺距:珠槽螺旋線螺距,螺距越大,速度比越小。

大螺距通常用于高速運動的工作,小螺距用于中低速且定位精度較高的工作。

4珠圈:螺母內(nèi)回流鋼珠與絲杠珠槽的接觸圈數(shù)。

珠圈數(shù)越大,負(fù)載越大,摩擦力也越大。

5回流方式:外循環(huán)式、內(nèi)循環(huán)式、端蓋式。

6珠卷回流系數(shù):每一個鋼珠回流系統(tǒng)中鋼珠與絲杠珠槽的接觸圈數(shù)。

一個螺母可能有多個回流系統(tǒng)。

7珠徑:鋼珠直徑。

珠徑越大,負(fù)載越大,機構(gòu)的形狀尺寸也越大。

8螺帽形式:螺帽形式指的螺帽形狀結(jié)構(gòu),通常與安裝許可狀況相關(guān)。

二導(dǎo)軌古埃及在修建金字塔時有大量的石材需要搬運,而它們都重達(dá)數(shù)噸,所以搬運這樣的重物是個不小的難題。

埃及人用他們的才智找到了很好的解決方法——在重石的下面墊上可以滾動的圓木,搬運重物就輕松了很多。

這樣的簡易機構(gòu)演化到今日,人們制造出了摩擦力更小、精度更高的精密滾動機構(gòu)——線性導(dǎo)軌。

導(dǎo)軌機構(gòu)主要由導(dǎo)軌和滑塊組成。

滑塊內(nèi)裝有滾動體,滾動體的兩側(cè)分別與導(dǎo)軌和滑塊的滑槽接觸產(chǎn)生滑動作用。

依據(jù)滾動槽的位置和安裝方式不同,導(dǎo)軌的形式也各種各樣。

各種不同形式的導(dǎo)軌在受力上有所區(qū)分,依據(jù)滾動體的類型可分為滾珠式和滾柱式:常用的導(dǎo)軌機構(gòu)多為滾珠式,該結(jié)構(gòu)成本低、通用性強;滾柱式成本高但壽命長,承載力量強,多用于高速重載。

三組合應(yīng)用滾珠絲杠和導(dǎo)軌在組合使用時,絲杠與導(dǎo)軌平行安裝,電機驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動,這樣運動體就可以在導(dǎo)軌上做線性運動。

依據(jù)實際需要與安裝環(huán)境的不同,通常一根絲杠協(xié)作一根或兩根導(dǎo)軌組合使用。

四、絲杠與滾珠花鍵傳動一滾珠花鍵滾珠花鍵結(jié)構(gòu)由花鍵軸和花鍵套組成,花鍵軸是一根表面加工有珠槽的光軸,花鍵套包括外筒主體、鋼珠、保持器、密封側(cè)環(huán)。

鋼珠與花鍵軸的珠槽和保持器接觸,以使花鍵套在花鍵軸上做定向線性運動。

與導(dǎo)軌相比,滾珠花鍵結(jié)構(gòu)的載荷較低,長時間使用后,花鍵軸易彎曲變形。

但其結(jié)構(gòu)簡潔,安裝簡單,因此,也廣泛用于各種工業(yè)設(shè)備的傳動結(jié)構(gòu)。

常用的滾珠花鍵結(jié)構(gòu)有許多種,常見的一些。

滾珠花鍵的性能參數(shù)主要為扭矩:花鍵軸徑越大,扭矩越大;珠槽接觸面鋼珠數(shù)越多,扭矩越大。

二絲杠與滾珠花鍵的應(yīng)用四軸機器人的第3、4軸的傳動通常用的是滾珠絲杠和滾珠花鍵。

滾珠絲杠被電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn),通過滾珠螺母使花鍵軸在方向做線性運動。

花鍵套被電機驅(qū)動回轉(zhuǎn),使花鍵軸做回轉(zhuǎn)運動。

滾珠花鍵結(jié)構(gòu)除了應(yīng)用在機器人上以外,還常用在機器人上。

由于機器人的末端執(zhí)行器需要在軸方向運動,還要繞軸做回轉(zhuǎn)運動,這樣的運動需求與機器人第3軸的運動需求是一樣的,所以同樣需要用到滾珠花鍵結(jié)構(gòu)。

單元3工業(yè)機器人常用減速機一、行星減速機行星減速機是通過固定內(nèi)齒圈驅(qū)動太陽輪和行星齒輪組所組成的減速裝置。

內(nèi)齒圈固定安裝在減速器箱體內(nèi),其中心有一個靠外部動力電機所驅(qū)動的太陽齒輪,行星齒輪組位于兩者之間,它由三顆以上的齒輪在托盤上組合構(gòu)成。

若太陽輪齒數(shù)為1,行星輪齒數(shù)為2,內(nèi)齒圈齒數(shù)為3,則減速比=31,且1+22=3。

有時因需要的減速比很大,行星減速機還被設(shè)計成多級減速器——將兩套或三套行星減速機構(gòu)串聯(lián)在一起,以此實現(xiàn)大減速比。

多級行星減速機比單級的長度要長一些。

從傳動方向上分,行星減速機主要有同軸方向和垂直方向兩種。

如有特別方向要求,也可定制。

行星減速機因其體積小、傳動效率高、減速范圍廣、精度高等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于伺服、步進、直流等傳動系統(tǒng)中,在工業(yè)機器人中也常被使用。

二、減速機減速機由一個行星齒輪減速機的前級和一個擺線針輪減速機的后級組成,是在肯定條件下具有自鎖功能的傳動機械,也是工業(yè)機器人領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的減速機。

擺線針輪減速機由輸入軸、偏心軸承、擺線輪、針齒、輸出軸組成。

輸入軸連接偏心軸承內(nèi)孔,偏心軸承裝入偏心輪,當(dāng)電機驅(qū)動時,偏心軸轉(zhuǎn)動并驅(qū)動擺線輪,擺線輪再帶動輸出軸轉(zhuǎn)動,達(dá)到減速的目的。

減速機是先以輸入軸根據(jù)擺線針輪減速原理驅(qū)動擺線輪,再以擺線輪驅(qū)動行星齒輪組,齒輪組與輸出軸齒嚙合。

減速機是在傳統(tǒng)針擺行星傳動的基礎(chǔ)上進展而來,具有體積小、質(zhì)量輕、傳動比范圍大、壽命長、精度保持穩(wěn)定、效率高、傳動平穩(wěn)等一系列優(yōu)點。

減速機與諧波減速機相比,具有更高的疲憊強度、剛度和壽命,而且回程精度穩(wěn)定,故越來越多的高精度機器人采納減速機。

三、諧波減速機諧波減速機主要由內(nèi)齒剛輪、外齒柔輪、波發(fā)生器組成。

工作時,波發(fā)生器由驅(qū)動設(shè)備電機等供應(yīng)動力,轉(zhuǎn)動過程中促使柔輪發(fā)生形變,柔輪的外齒與剛輪的內(nèi)齒依次嚙合,驅(qū)動剛輪轉(zhuǎn)動,且剛輪齒數(shù)大于柔輪齒數(shù),以此達(dá)到減速的目的。

波發(fā)生器為輸入軸,剛輪為輸出軸。

諧波減速機的內(nèi)齒剛輪有30個齒,外齒柔輪有28個齒。

初始位置時,柔輪的齒和剛輪的齒為完全嚙合點,即橢圓形波發(fā)生器的長徑水平長