运动控制合集02控制技术

1、第n 2.1 机械系统建模及分析n 2.2 机械系统参数对系统性能的影响n 2.3 机电系统中常用机构n 2.4典型机电机械结构二章 机械系统设计技术2.1机械系统建模及分析机械系统建模目的：n 作用在机械上的力n 驱动力/力矩n 工作阻力/力分析系统动力学参量和运动学参量之间的。2.1.1机械系统移动系统例2.1铣平面时的情况，当切削力f图为组合机床动力（t）变化时，可能产生振动，从而降低被工件的表面质量和精度。试建立切削力与质量块位移之间的动力学模型。2.1.1机械系统移动系统d2 y(t)dy(t)f (t) - B- ky(t) = mdt 2dtd2 y(t)dy(t)+ B+ ky

2、(t) =mf (t)dt 2dt在零初始条件下对方程两边进行拉氏变换：(ms2 + Bs + k)Y (s) = F(s)Y (s)1写的传递函数形式：=+ Bs + k )(ms2F (s)4建立质量弹簧阻尼系统的力学模型例2-2图2-2(a)表示一个汽车悬浮系统。当汽车沿着道路行驶时，轮胎的垂直位移作为一种激励作用在汽车的悬浮系统上。该悬浮隔振系统可简化为图2-3(b)的简化模型。假设P点上的运动xi作的输入量，车体的垂直运动xo为输出量，位移xo从无输入量xi作用时的平衡位置开始测量，的传递函数。mKBxo车体Pxiab图2-2解：图2-2(b)所示系统的运动方：+ B(x&0

3、 - x&i ) + K(x0- xi ) = 0m&x&0即m+ Bx&+ Kx= Bx&+ Kxm&x&000ii对上式在零初始条件下进变换：KBxo(ms2 + Bs + K)X (s) = (Bs + K)X (s)0i整理得系统的传递函数为：Pxi2.1.2机械系统转动系统的转动惯量，假设力矩M(t)直接作用扭摆轴上，试建立该系统的动态数学模型dq (t)d2q (t)- Kq (t) = JM (t) - Bdt 2dtKd2q (t)dq (t)+ Kq (t) = M (t)+ BJdt 2dt(Js 2 + Bs + K

4、)Q(s) = M (s)Q(s)1=M(Js 2 + Bs + K )M (s)7例2.3 图所示为扭摆的物理模型，J表示扭摆B表示扭摆与空气的粘性阻尼，K 表示扭簧的BJ2l例2.4单臂机械手 （摆动），臂长2.1.3机械系统传动系统例2.4图为一齿轮传构，假设齿轮传动无间歇，试求该系统输入力矩M(t) 与输出转角2(t) 之间的动态数学模型。M、M1输入轴及齿轮1上的驱动力矩和负载力矩M2、Mfz输出轴及齿轮2上的驱动力矩和负载力矩q1、q2主动轮1、从动轮2的转角J1 、J2主动轮1、从动轮2的转动惯量c1、c2主动轮1、从动轮2的粘滞阻尼系数9忽略两轴及齿轮的扭转弹性变形，分别对输入

5、轴和输出轴列写旋转运动方程：d2q (t)dq (t)输出轴2： J2 2+ c2+ Mfz (t) = M2 (t)2dt2dtqt= z2设齿轮传动比为q2 (t )z1并假设齿轮1、2间无传动功率损耗，于是有：d 2qdqM(t)J简化到轴上：(J1 + (c2 / i+ c1)1+= M (t)22 )1fz2iidt2dt10d2q (t)dq (t)输入轴1：J1+ c1+ M (t) = M (t)1dt 21dt1n 等效动力学建模原理：n 动能不变原则：等效构件的质量或转动惯量所具有的动能等于整个系统的动能之和。n 功(功率)不变原则：作用在等效构件的等效力、等效力矩所作的功

6、(或功率)等于整个系、力矩所做功(或功率)之和。统的所2.1.2 机械系统的等效动力学模型系统动能不变外力作功不变运动，应用总动能不变的原理，可进行等效转动惯量的计算。12m12måi=1åi=1wE =2J能量综合：iijj1w等效能量：Ek =k2Jcqk2ö2ö2æ wæ vmmåi=1+ å Ji=1ç÷çj ÷等效惯量：J k =m i cqiwjwèk øèk ø1） 等效转动惯量无论机械传动或变换元件是直线运动还是回转动工

7、作台折算到转动部件的转动惯量丝杠螺母机构(导程L)J = m × r2齿轮齿条机构æ v ö2J = m ×ç= mr2带传动÷è w øæ L ö 2J = m × ç÷è 2p ø(2) 相邻两轴，2轴向1轴转动惯量的折算n i齿轮啮合的传动比= J2J 1eqi2q&RZi =122&qRZ2115丝杠 6工作台等效转动惯量1 J2w2eq1机床传构示意图1 、2、3、4齿轮2) 负载转矩的折算n 求等效力矩遵循的原则：作用

8、在各构件上的外力和外力矩所作功(功率)之和等于作用在等效构件上的等效力矩（或力）所作功(功率)。mm虚功：W = å Fivit + åTjw jti=1等效虚功：W= T w tkKeqk能量守恒：WK= Wmm等效转矩：T k = å Fv+ åT w/ w/ weqiikjjki=1j =15丝杠 6工作台若已知工作台的质量为m，工作台与导轨间的摩擦系数f，负载力为FW1000N，丝杠算到电机轴上的负载力矩比为i，试求折，齿轮机床传构示意图1 、2、3、4齿轮Wl解:3）传动的计算的归算：k1 、 k2分别为轴和轴的扭转扭转系数。当轴的输入转矩为T

9、1时， 轴扭角为1时， 轴扭角为2：，在轴上有：略去摩擦损失在轴上有：传动的示意图从轴输入端看，施加T1转矩后由于、轴扭转变形造成轴的总扭转角为式中KI传动链归算到轴的扭转系数轴向的归算。图所示机床进给系统在承担负载后，丝杠螺母副和螺母座都会产生轴向弹性变形。图是它的等效作用图，k是上述弹性变形的等效轴向系数。机床工作台进给传动系统弹性变形等效作用图轴向的归算设丝杠输入力矩为T丝杠和工作台之间的弹性变形为，对应于的丝杠转角为l2pd =DqT × 2p = F × lF = k ×d归算到丝杠上的等效扭转系数：ö2æ l ö2

10、0;l l T =kd = ç÷ kDq2p2p= ç÷kkèødè 2p ø5丝杠 6工作台已知，丝杠导程L，试求折算到电机轴上若各部分扭转的扭转。机床传构示意图1 、2、3、4齿轮4）速度阻尼负载的计算I轴输入力矩为T1，动力学方程是：dw1+ T ¢T = J11dt轴上的动力学方程是：dw2dw1z2z1+ c z1T ¢ = J+ cww= J2221zdtzdtz122归算到I轴上的等效速度阻尼系数：2ö2ö2dwæ zdwæ z= J11 +

11、 J2 ç 1 ÷+ cç 1 ÷ w1 1dtT1dtè z2 øè z2 øæ z öCC¢ = ç1 ÷C =ç z ÷i2è2 ø例：数控机床进给系统建模C为工作台导轨粘性阻尼系数n 数控机床进给传动系统n 1） 转动惯量的折算轴的等效转动惯量：n 1. 转动惯量的折算把轴、上的转动惯量和工作台n的质量都折算到轴上,作的等效转动惯量。设T1 、 T2 、 T3分别为轴、的负载转矩, 、2、3分别为轴、的角速度,v为工作

12、台位移时的线速度,z1 , z2 , z3 , z4分别为四个齿轮的齿数。（1）、轴转动惯量的折算。n根据动力平衡原理,、轴的力平衡方程分别是(2-8)n(2-9)(2-10)n 因为轴的输入转矩T2是由轴上的负载转矩获得的,且与它们的转速成反比,所以又根据传动关系有n把T2和2值代入式(2-9),并将式(2-8)中的T1也带入 整理得(2-11)n(2-12)同理n动。根据动力平衡关系有n v 工作台的线速度；L 丝杠导程。n 所以丝杠转动一周所做的功等于工作台前进一个导惯性力所做的功。n （2） 将工作台质量折算到轴。在工作台与丝杠间,T3 驱动丝杠使工作台运又根据传动关系有n把v值代入上

13、式整理后得nn （3）折算到轴上的总转动惯量。把式（2-8）、（2-9）、（2-10）中,消去中间变量并整理后求出电机输出的总转矩T1为（2-14）（-15）n11）、（-12）、（-13）分别代入式（2. 粘性阻尼系数的折算n当工作台匀速转动时,轴的驱动转n矩T3完全用来克服粘滞阻尼力的消耗。考虑到其他各环节的摩擦损失比工作台导轨的摩擦损失小得多,故只计工作台导轨的粘性阻尼系数C。根据工作台与丝杠之间的动力平衡关n系有T32=CvLn根据力学原理和传动关系有(2-16)n式中:C工作台导轨折算到轴n上的粘性阻力系数,其值为(2-17)即丝杠转一周T3所作的功,等于工作台前n进一个导阻尼力所作

14、的功。n 3. 弹性变形系数的折算上例中,将各轴的扭转角都折算到轴 n上来,丝杠与工作台之间的轴向弹性变形会使轴产生一个附加扭转角,也应折算到轴上来,然后求出轴的总扭转刚度系数。同样,在无阻尼状态下时,T1、T2、T3等输入转矩都用来克服机构的弹性变形。弹性变形,图2-12是它的等效作用图。在丝杠左端输入转矩T3的作用下,丝杠和工作台之间的弹性变形为,对应的丝杠附加扭转角为3。动力平衡原理和传T32=KL动关系,在丝杠轴上有：n （1） 轴向的折算。承担负载后,丝杠螺母副和螺母座都会产生轴向系数的折算。设1、2、3分n （2）扭转别为轴、在输入转矩T1、T2、 T3的作用下产生的扭转角。根据动

15、力平衡原理和传动关系有n 式中: K附加扭转系数,其值为nK=（2-18）的实际扭转角 3 + 3将3、 3值代入,则有n将各轴的扭转角折算到轴上得轴的总扭转角为nn 由于丝杠和工作台之间轴向弹性变形使轴附加了一个扭转角3,因此轴上将1、2、值代入上式有nn（2-19）式中: K 折算到轴上的总扭转刚度系数,其值为n(2-20)4. 建立系统的数学模型设输入量电机输入力矩TM，输出量为工作台的线位移Xo。根据传动原理,可把Xo 折算成轴的输出角位移。在轴上根据动力平衡原理有nn又因为n因此,动力平衡关系可以写成下式：n2.2机械参数对系统性能的影响机械参数：负载: 质量、转动惯量阻尼谐振摩擦传

16、动系统的间隙传动比希望：转动惯量小，摩擦小，阻尼合适，大，抗振性能好，间隙小，机电动态特性相匹配。2.2机械参数对系统性能的影响G(s) = X (s) =1f( t )x( t )ms2 + Bs + KF (s)1m=K+ 2xTs +1的传递函数的标准形式为：T 2 s2KB其中:x =B2mK1Kwn=T=m阻尼比（相对阻尼系数）自然频率（或无阻尼振荡频率）的时间响应的传递函数的标准形式为：的特征方程：+ 2xw S + w= 0S 2nn的动态特性就可以用n和这两个参数的形式描述。如果0<<1 ，则闭环极点为共轭复数，并且在S左半平面内。这叫做欠阻尼系统，其瞬态响应是振荡

17、的。如果=1 ，则系统叫做临界阻尼系统。当>1叫做过阻尼系统。临界阻尼和过阻尼系统的瞬态响应都不振荡。如果=0 ，瞬态响应将变成等幅振荡。的响应分析48PL W的响应分析当欠阻尼系统的值在0.4与0.8之间时，其响应曲线可比临界阻尼和过阻尼系统更快地达到稳态值。除了一些不荡的应用场合之外，通常要系统产生振的瞬态响应既有充分的快速此，为了获得满意的有充分的阻尼。因的瞬态响应特性，阻尼比必须选择在0.40.8之间。小的值(<0.4)会造瞬态响应严重超调，而大的值(>0.8)则会使系统的响应变得缓慢。492.2机械参数对系统性能的影响1.在不度的条件下，传构的质量和转动惯量要小；转

18、动惯量大会对系统造成机械负载增大；系统响应速度变慢，灵敏度降低；系统固有频率下降，容易产生谐振；使电气部分的谐振频率变低。2.越小；越大，传动部件变形越小，伺服系统动力损失越大，的固有频率越高，可以避开电气系统的频带，避免产生可以增加系统的稳定性，提的快速性。Kww =KmnJ采用弹性模量高的材料，合理选择零件的截面形状和，对齿轮、丝杠、轴承施加预紧力等方法提的。（B ）合适3的动态性能由n和决定，一定， n越大，系统响应快速性越好， tr、tp、ts越小。 增加可以降低振荡，减小超调量 ，但系统快速性降低，稳态误差增大，精度降低； 通常根据的最大超调量来确定。一般选择在0.40.8之间，然后

19、再调整n以获得合适的瞬态响应时间。一般=0.7时，被称其为最佳阻尼比。x = B2mK4.谐振频率/共振频率当机械系统的固有频率接近或落入伺服系统带宽之中将产生谐振而无法工作。因此为避免机械系统由于弹性变形而使整个伺服系统发生结构的固有频率 n要远远高于伺服谐振,一般要系统的工作频率(5倍以2.2机械参数对系统性能的影响1）. 对摩擦力的重新认识互相接触的两物体有相对运动或有相对运动趋势时，就存在摩擦，在接触面间产生的切摩擦力的大小和形式取决于阻力，即为摩擦力。结构、相对速度、润滑情况及其他一些因素。因此，准确用数学描述是的。在应用上分为：粘滞摩擦库仑摩擦静摩擦5. 摩擦对系统性能的影响5.

20、摩擦对系统性能的影响力力力静摩擦力速度速度速度库仑摩擦(a)（a）粘滞摩擦情况粘滞摩擦力：(b)（b）库仑摩擦情况(c)（c）实际摩擦情况大小与速度成正比，方向相反。库仑摩擦力：是物体运动时接触面对运动物体所呈现的阻称动摩擦力，大小为一常数F= mg 。静摩擦力：力，又是物体有运动倾向但仍处于静止时所呈现的阻力。最大值发生在开始运动的瞬间，所以静摩擦力大于动摩擦力。摩擦对机电伺服系统的主要影响是：B1.粘滞摩擦影响阻尼比的大小,x =对系统的振荡产生阻尼作用,可提的稳定性.2mK2. B使输出响应变慢, 降低系统的响应速度, 引态滞后和产生系统误差；的动3. 在低速区，静摩擦力作用或静与动摩擦

21、力切换，摩擦力作 用于非线性区，容易产生爬行。静摩擦力作用下，输入轴以一定的角度转动，输出轴静止， 存在死区，因而造成误差。低速爬行当丝杠1作极低的匀速运动时，工作台2可能会出现快一慢或跳跃式的运动，这种现象称为爬行。产生爬行的和过程：1. 一开始，由于量不够大，不足以克服静摩擦力矩Ms，电动机转动，只能保持静止不动。2.矩，电量加大到正好克服静摩擦力开始转动(t=t1），此时刻，静摩擦力矩立即下降为摩擦力矩Mc，输出转矩大于摩擦力矩，此时输出轴运动。低速爬行示意图3. 随着转角反馈误差的降低，输出转矩减小到等于摩擦力矩，即在a点，此时，角速度最大。接着，输出转矩不断减小，直至小于静摩擦转矩而

22、使转轴停下来。此时，输入信号虽然继续增加，输出轴却因非线性摩擦而“滞住”不动，直至增大到克服静摩擦力矩才动。产生爬行的和过程匀速运动的主动件1，通过压缩弹簧推动静止的运动件3，当运动件3受到的逐渐增大的弹簧力小于静摩擦力F时，3不动。直大于F时，3才开始运动，动摩擦力随着动摩擦系 到弹簧数的降低而变小，3的速度相应增大，同时弹簧相应伸长，作用在3上的弹簧力逐渐减小，3产生负度，速度逐渐下降，直到3停止运动，主动件1这时再重新压缩弹簧，爬行现象进入下一个周期。给爬行现象的产生主要取决于下列因素： 静摩擦力与动摩擦力之差，这个差值越大，越容易产生爬行。K越小、越容易产生爬行。 进给传动系统的 运动

23、速度太低。消除爬行现象的途径（实际做法） 提高传动系统的a适当提高各传动件或组件的，减小各传动轴的跨度，合理布置轴上零件的位置。b尽量缩短传动链，减小传动件数和弹性变形量。 c合理分配传动比，使多数传动件受力较小，变形也小。 d对于丝杠螺母机构，应采用整体螺母结构，以提高丝杠螺母的接触和传动。 减少摩擦力的变化a用滚动摩擦、流体摩擦代替滑动摩擦，如采用滚珠丝杠、静压螺母、滚动导轨和静压导轨等。 b选择适当的摩擦副材料，降低摩擦系数。c降低作用在导轨面的正，如减轻运动部件的重量，采用各种卸荷装置，以减少摩擦阻力。d提高导轨的制造与装配质量，采用导轨油等都可以减少摩擦力的变化。6隙在齿轮等机械传动

24、链中，如不采取特殊消隙措施，或所采取的措施不是很得当，则总会存在传动间隙，间隙的存在对可逆运转的机械传动系统就不可避免地造成“回差”，使系统呈现出具有“滞环特性”的非单值性的非线性。www PLcW6间隙x( t )y( t )输入- by( t )b2b2x( t )2b2输出间隙的物理模型间隙的影响结果：Ø 输出位移相对输入位移存在动态滞后间隙的滞环特性Ø 影响伺服系统中位置环的稳定性。有间隙时，应减小位置环增益Ø 输出轴与检测元件间的间隙造成测量误差Ø 导致失动量Ø 导致机械构件磨损6间隙间隙的影响结果：Ø 输出位移相对输入位移

25、存在动态滞后Ø 影响伺服系统中位置环的稳定性。有间隙时，应减小位置环增益Ø 输出轴与检测元件间的间隙造成测量误差Ø 导致失动量Ø 导致机械构件磨损2.3机电系统中常用机构无侧隙齿轮传动谐波齿轮传动同步齿形带传动机械传构设计机械设计技术导轨设计支承装置主轴组件设计机械结构设计滚珠丝杠传动2.3机电系统中常用机构n 滚珠丝杠螺母机构n 同步带传动n 导轨n 齿轮传动2.1.1滚珠丝杠螺母机构n 滚动丝杠螺母机构：结构复杂、成本高、无自锁功能，但摩擦阻力小、传动效率高（92%98%）、传动可逆、传动精度高。滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副滚珠丝杠副的型号n 滚珠丝杠

26、副的型号根据其结构、规格、精度和螺纹旋向等特征按下列格式编写：n循环方式预紧方式基本导程公称直径负荷滚珠总圈数精度等级螺纹旋向滚珠循环的方式1.丝杠2. .螺母3.滚珠4. 反向器（1）内循环2）外循环方式44321插管式外循环单螺母滚珠丝杠副以动力传动为主，传动存在一定n间隙，且垂直安装。常用在高精度备上（导向精度由导轨保证）。设n 单螺母滚珠丝杠副的轴向间隙达0.05mm,双螺母式的经过预紧基本能消除轴向间隙。滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧（1）双螺母螺纹预紧调整式1-锁紧螺母; 2调整螺母;3.4滚珠螺母（2）双螺母齿差预紧调整式1-套筒; 2内齿轮;3.螺母;4丝杠（3）双螺母垫片调整预

27、紧式1-垫片; 2螺母（4）弹簧式自动调整预紧式滚珠丝杠副支承方式的选择一端装止推轴承（固定自由式）特点：其承载能力小，轴向低，仅适用于短丝杠滚珠丝杠副支承方式的选择一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定支承式）特点：轴向较小，丝杠有伸缩余地，结构复杂，仅适用于长丝杠滚珠丝杠副支承方式的选择两端装止推轴承特点：将止推轴承装在滚珠丝杠两端，并施加预紧拉力，有助于提高传动，但对热伸长较敏感滚珠丝杠副支承方式的选择两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定固定式）特点：传动高，结构和安装工艺复杂，适用于长丝杠或高转速、高、高精度的丝杠2.1.2 齿轮传动部件n 齿轮传动部件的作用：转矩、转速和转向nn机

28、电系统中，常用的齿轮传动部件：com总传动比的确定:与负载之间位移,转矩,转速的匹配要求.不但要求其具有足够的,还要求其转动惯量尽量小,以便在同一驱动功率时,响应最大.n 在伺服系统中,通常采用负载角度度最大原则选择总传动比,以提高伺服系统的响应速度。在伺服系统中,齿轮传动比应满足驱动部件n电机、传动装置和负载的传动模型/ i ；n TLF换算到电轴上的阻抗转矩为TLF轴上的转动惯量为JL/i2。 的驱动转矩,在忽略传动装置JL换算到电n设Tm为电n惯量的前提下,根据旋转运动方程,电上的合转矩Ta为：轴+ J L) ´q&&= T- LF i= (JTammmi 2+

29、 J L) ´ i ´q&&= (JmLi 2Tmi - TLF则q&&=L+ Ji 2JmLq&&式中若改变总传动比i,则也随之nL改变。根据负载角度最大的原则,令,则dq&&/ di = 0Ln若不计摩擦,即TLF0,则nn 表明:得到传动装置总传动比i的最佳值的时刻就是JL换算到电轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯量J 的时刻,此时,电的输出转转矩一半用于负载,一半用于电子,达到了惯性负载和转矩的最佳匹配。n动比的分配分配的基本原则应为“前小后大”。n 对于传动精度要求高的降速齿轮传动链,可按输出轴

30、转角误差最小原则设计，传动比分配的基本原则应为“前小后大”n 对于要求运转平稳、启停频繁和动态性能好的降速传动链, 可按等效转动惯量最小原则，传动比传动链为例。四级传动比分别为 i1、 i2、 i3、 i4,18。齿轮18如果从输入端到输出端的各级传动比按“前小后大”原则排列,则总转角误差较小, 而且低速级的误差在总误差中占的比重很大。因此,要提高传动精度,就应减少传动级数, 并使末级齿轮的传动比尽可能大,制造精度尽可能高。该传动链输出轴的总转动角误差max为齿轮传动间隙的调整方法圆柱齿轮传动1) 偏心套筒或偏心轴齿侧间隙调整法，将相互啮合的一对齿轮中的一个齿轮4装在电312机输出轴上，并将电

31、机2安装在偏心套1(或偏心轴)4过转动偏心套(偏心轴)的转角，就可调节两啮合齿轮的中心距，从而消除圆柱齿轮正、反转时 的齿侧间隙。特点是结构简单，但其侧隙不能自动补偿。52)轴向垫片齿侧间隙调整法，齿轮1和2相啮合，其分度圆弧齿轴线方向略有锥度，这样就可以用轴向垫片3使齿轮2沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时 轴向垫片3的厚度应使得齿轮1和2之间既齿侧间隙小，运转又灵活。特点同偏心套(轴)调整法。3)双片薄齿轮错齿齿侧间隙调整法这种消除齿侧间隙的方法是将其中一个做成宽齿轮，另一个用两片薄齿轮组成。采取措施使一个薄齿轮的左齿侧和另一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，以消

32、除齿侧间隙，反向时不会出现死区。斜齿轮传动齿侧间隙调整消除斜齿轮传动齿轮侧隙的方法与上述错齿调整法基本相同，也是用两个薄片齿轮与一个宽齿轮啮合，只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开了一小段距离，这样它的螺旋线便错开了。n 2.3.3谐波齿轮传动（几十到几百）、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等优点。故在工业人、航空、火箭等机电泛的应用系统益谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大nnHnrnHC1DB(b)(a)图2-4谐波齿轮器原理213(H)3(H)A2柔性轮刚性轮谐波发生器图2-5 谐波器中三大部件2.3.4同步齿形带传动兼有带传动，齿轮传动及链传动的优点，即无相对滑动，

33、平均传动比准确，传动精度高，而且齿形带的强度高，厚度小，重量轻，故可用于高速传动；齿型带无需特别张紧，故作用在轴和轴承等上的载传动效率高2.3.5导轨2、对导轨的基本要求导向精度：是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线性和它与有关基面之间相互位置的准确性精度保持性：是指导轨在长期使用中保持导向精度的能力低速运动平稳性：结构简单、工艺性好：1、导轨的功能：支承和导向2.3.5导轨点,在数控机应用广泛，目前多数使用金属对形式，称为贴塑导轨或注塑导轨注塑导轨：环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶体石墨及铅粉等混合而成贴塑导轨：聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼、石墨及铅粉等混合而成u 滑动导轨滑动导轨

34、具有结构简单、制造方便、好、抗振性2.3.5导轨特点：摩擦系数小、运动轻便、位移精度和精度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、防护要求较高u 滚动导轨2.4典型机电的机械结构人nn 数控机床人的结构生相对运动的机构。. 相关术语及性能指标一关节（Joint）：即运动副，人手臂各零件之间发人的结构连杆（Link）：被相邻两关节人手臂上的部分。. 相关术语及性能指标一（Stiffness）：机身或在外力作用下抵抗变形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的变形量（位移）之比来度量。自由度（Degree offreedom）：或者称坐标轴数，是指描述物体运动所需要的坐标数。手指的开、合，以及手指关节的

35、自由度一般不包括在内。PL Wl精度（Positioningaccuracy）： 指人末端参考点实际到达的位置与所需要到达的理想位置之间的差距。oo重复性（ Repeatability） 或在相同的位置指令下，人连续重复若干次其位置的分散情况。它是衡量一列误差值的密集程度，即重复度工作空间（Working space）：人手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能到达的所有空间区域，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。二. 工业人的结构（a）表示手指（末端执行器）（b）表示垂直、升降运动；（c）表示水平伸缩运动；（d）表示回转运动；（e）表示俯仰运动。注意：不同的书上，运动简图的

36、符号表示可能不一样。.机构运动简图1直角坐标式圆柱坐标式球坐标式2.工业机器人手部2).滑块杠杆式手部1).齿轮齿条式手部3).斜楔杠杆式常见的另两种手部:多吸头吸盘吸取瓦楞板双吸头吸盘u 电磁式吸盘u 气吸式吸盘双吸头架式吸盘多吸头板式吸盘PUMA工业人P2.4.2数控机床的机械系统1、高精度2、高速度3、高自动化要求数控机床必须具有很高的 强度、刚度和抗振性，低摩擦，热稳定性数控机床的机械结构要求2.4.1数控机床的主传动系统数控机床和普通机床一样，主传动系统也必须通过变速，才能使主轴获得不同的传递，以适应不同的要求，并且，在变速的同时，还要求传递一定的功率和足够的转矩，满足切削的需要。|

37、数控机床作为高度自要求有以下几点：备，它对主传动系统的基本1)为了达到最佳的切削效果，一般在最佳的切削条件下工作，因此，主轴一般都要求能自动实现无级变速。2)要求机床主轴系统必须具有足够高的转速和足够大的功率，以适应高效、高速的需要。返回上页下页P图l 库W主轴组件按运动方式可分为五类:(1)只作旋转运动的主轴组件。此类主轴结构较为简单，n（2）既有旋转运动又有轴向进给运动的主轴组件。如n钻床和镗床等的主轴组件。其主轴组件与轴承装在套筒内，主轴在套筒内作旋转主运动，套筒在主轴箱的导向作直线进给运动。（3）既有旋转运动又有轴向调整移动的主轴组件。如滚齿机、部分立式铣床等的主轴组件。主轴在套筒内作

38、旋转主运动，并可根据需要随主轴套筒一起作轴向调整移动。n（4）既有旋转运动又有径向进给运动的主轴组件。如n卧式镗床的主轴部件、组合机床的镗孔车端面头主轴组件。主轴作旋转运动时，装在主轴前端平旋盘上的径向 块可带动刀具作径向进给运动。如车床、铣床和磨床等的主轴组件。2.4.1主传动系统的配置方式1、电经同步齿形带传动主轴2.4.1主传动系统的配置方式2、电经齿轮变速传动主轴2.2.1主传动系统的配置方式特点：有效提高主轴部件，但主轴输出扭矩小3, 主轴电直接驱动（主轴，电主轴）电主轴2.2.2数控机床的进给运动系统n 数控机床进给系统的机械传动装置,是指将驱动源的旋转运动变为工作台直线运动的整个

39、机械传动链，包括装置、转动变移动的丝杠螺母副及导向元件等等。型数控铣床带有万能铣头的立削复杂曲面工作台13纵向（X轴）左右移动；升降 滑座16垂直（Z轴）上下移动；滑枕8横向（Y轴）进给运动。两用铣床。卧坐标联动，可铣三主轴旋转运动：由装在滑枕后部的交流伺服电机同步带（轴）-弧齿锥齿轮副-主轴（轴）工作台纵向进给和滑枕的横向进给传动系统：由各自的交流伺服电机-同步带-滚珠丝杠升降台的垂直进给运动：交流伺服电机-同步带（ 轴） -弧齿锥齿轮副-垂直滚珠丝杠弧齿锥齿轮副-锥齿轮（轴）自锁器人n 运动学模型1。已知杆件几何参数和关节变量，求末端执行器相对于参考坐标系的位置和-运动学正向问题2。已知杆

40、件几何参数和关节变量，给定末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态， 确定关节变量。-运动学逆向问题人运动学模型建模方法闭环矢量法坐标变换法n1.2.（末端位置）正运动学：ìx = l1c1+ l2 c12í y = l s+ lsî11212L人运动学模型A p= ARBp+ AtBBBÎÂ3At位置矢量描述B的坐标原点相对于 A的位置；BAR ÎÂ3´3旋转矩阵描述BA相对于的方位。n 2. 坐标变换法人运动学模型A p= ARBp+ AtBB齐次坐标变换简化:é A pùéùé B pùA RAtú = ê BB úêêúë 101ûë 1 ûûëA p= AT BpB人运动学模型n 将人看作是一系列由关节连接起来的连杆的。为机械手的每一连杆建立一个坐标系，并用齐次变换来描述这些坐标系间的相对位置和姿态。n 通常把描述杆与相杆间相对关系的齐次变换叫做T矩阵。T矩阵描述了连杆坐标系间相对平移和旋转的0T杆对于基系的位置和姿态,变换关系。如:表示第1n 例：对于六连杆机械手，有下列T矩阵T =0T×1