机器人手臂的平衡机构

1、机器人手臂的平衡机构垂直关节机器人手臂，一般都需要平衡装置，以减小驱动器的负荷和缩短启动时间。机器人所采用的平衡机构有以下几种：配重平衡机构配重平衡机构原理图见下图。图配重平衡机构原理图图中m一机器人手臂的质量i一机器人手臂质量中心与关节回转中心之间的距离r一力臂与水平面夹角M一配重质量 一配重质量中心至关节回转中心的距离如果m与M两个质心与关节回转中心在同一直线上，不平衡力R1, R2, R3配重平衡力矩C = Mgl cos y则静力平衡条件是C = CMi = ml这种平衡装置结构简单，平衡效果好，易于调整，工作可靠，但增加了机器人手臂的 惯量与关节轴的载荷。一般在机器人手臂的不平衡力矩

2、C比较小的情况下采用这种平衡机 构。下图为垂直关节机器人手臂配重平衡结构实例。图垂直关节机器人手臂平衡结构1电机2配重3丝杠弹簧平衡机构弹簧平衡机构及其工作原理，如下图所示。设:K为弹簧刚度，R为弹簧自由长度 (RL-e)，臂的不平衡力矩图弹簧平衡机构原理图m一机器人手臂不平衡质量一弹簧在力臂上安装点至关节轴心0的距离e一弹簧在关节轴座上方安装点Y相对关节轴中心0的偏心距离r一机器人手臂与水平面的夹角i一机器人手臂质量中心至关节轴心0的距离 = C 一 C2式中C1-臂的静不平衡力矩C = mgl cos yC2-臂的惯性力矩C = I 2I一臂对于关节轴的转动惯量 一臂运动的平均加速度弹簧的

3、平衡力矩 TOC o 1-5 h z C = ki e ( 1 一 . )cosye 2 +1 2 一 2el sin y(1)静平衡条件即rd Kl e 1 一 C0S Y*Je2 +12 2elsin y /=mgl cos y因为e所以，可近似认为S +12 一 2el sin y r l这样，静平衡条件式可简化为Ke （尸- R ） =mgl如果能满足这一平衡条件，则大臂在y=090及90180时，基本上都能保持平衡，残余不平衡力矩很小。（2）动平衡条件C = C + C2即Ke （l R ）cos y = mgl cos y +1 s一般大臂的平衡弹簧设有两个，安装在机器人臂的两侧，

4、每根弹簧只平衡不平衡力矩的一半。1如果每根弹簧的刚度为k，则k = -K。这种弹簧平衡机构，结构简单、造价低、工作可靠、平衡效果好，易维修，因此应用十 分广泛。例如上海III号机器人（见图）及HRGH-2型机器人（见图），都是采用弹簧平衡机构。活塞推杆平衡机构活塞推杆平衡机构原理图见图。图中F为活塞推力,F为衡定值。平衡力矩c按下式计算C = Fle1C = Flecos y*(尸 cos y+ (sin y e)2不平衡力矩C = C1 + C2(1)静平衡条件C = C1图活塞推杆平衡机构原理图即 Fi，卜.-=mgl(/cosy)2 + (lsiny -e)2当 (cosy)2 + (lsiny -e)2 = l时y 0oC = Fe这时，静平衡条件为Fe = mgl(1)动平衡条件C = C + C2Fl e1cos y = mgl cos y +1 ：(l cos y )2 + (e -1 sin