《排爆机器人平衡式机械手的自平衡装置设计案例综述》2600字

排爆机器人平衡式机械手的自平衡装置设计案例综述目录TOC\o"1-2"\h\u12646排爆机器人平衡式机械手的自平衡装置设计案例综述 172161.1自平衡装置的总体设计 119191.1.1自平衡装置预期结果 1133071.1.2自平衡装置设计思路 2202241.2自平衡装置具体选型 365141.2.1平衡块的选择 3124911.2.2电动推杆的选择 427429DGA系列的电动推杆参数如下 5198651.3自平衡装置实现分析 51.1自平衡装置的总体设计1.1.1自平衡装置预期结果本文中自平衡装置的机构设计如下，由于排爆机器人抓取危险物时，机械臂会产生一个翻转力矩，移动平台较大可能会发生侧翻，为防止此类情况的发生，设计一个自平衡装置，来避免移动机器人发生侧翻。自平衡装置由一个平衡块和电动缸组成，电动缸进行重块的移动控制，通过机械臂的伺服电机感知得到机械臂的状态，在检测到容易发生侧翻的时候，通过电动缸推动重块，让整个车辆达到平衡。主要是通过电动推杆和平衡块的连接来实现。机械运动流程为伺服电机通过一对齿轮减速后，带动丝杆螺母，从而将电机的旋转运动变成直线运动，并且利用电机的正反转来实现平衡块的推拉运动。由于，平衡块与机械臂平台的滑槽需要经常发生相对移动，为减少滑槽的磨损，此处通过固体润滑剂固定在接触面上，以至于达到摩擦力减小、对接触面的磨损降低的效果。本文中采用石墨作为固体润滑剂，其具备耐高温、抗腐蚀，在湿润和干燥的环境下都具备良好的减摩效果，因此适合作为本文所采用的固体润滑剂的选择。并且，石墨作为固体润滑材料可达到的摩擦系数可为，本文中所采用的的石墨含量对其石墨固体润滑涂层的摩擦学性能影响主要体现在接触地面摩擦系数。在选择材料的过程中，此处平衡块的选择采取与叉车配重块相同的材料为重晶石，由于重晶石的强度和持久性，价格相对偏油的特点，使其具备做排爆机器人自平衡装置的平衡块材料的优越性和合理性。图7-1自平衡装置1.1.2自平衡装置设计思路排爆机器人根据危险物的位置和重量，通过自平衡装置达到防翻转的目的，数据经过采集、传输、处理、执行是个过程。其中数据采集主要是根据排爆机器人大臂和小臂关节处装有电位计，其作用为检测关节转角，控制系统反馈关节处的转角，以及末端执行机构装有力传感器反馈危险物重量，并对其进行转换。数据经过发送后，数据中心采集到的数据进行储存，并当数据数量充足的时候，将数据发送到上位机，进行相应的处理。上位机对于发来的数据进行综合考虑并且计算后，将反馈平衡块的电动推杆所要执行的位移长度，换算成伺服电机相应的转角，最终传回给数据中心，数据中心再对数据发送电动推杆的伺服电机处，从而达到自平衡的实现。图7-2自平衡装置数据传输流程图当遇到危险情况的时候，排爆机器人将先移动车体部分至危险前方或者附近位置，再执行伸出排爆机器人机械臂进行抓取危险物的任务，在此过程中车体与机械臂之间会发生相对运动。对于本文中涉及的排爆机器人在进行抓取危险物的时候，车体部分将处于静止状态，此刻，排爆机器人的重心会相应随着机械臂部分的移动发生变换。对于机械臂运动伸出到一定位置的时候，整体的重心会对稳定性产生问题，从而会对排爆机器人整体造成一个翻转力矩，最终排爆机器人会产生翻转现象。因此，在设计过程中为了综合考虑这一因素，在机械臂所处平台，因设计相应自平衡装置，为平衡机械臂抓取重物时产生的翻转力矩，从而避免排爆机器人由于重心不稳从而发生翻转的问题。1.2自平衡装置具体选型1.2.1平衡块的选择首先，对平衡块的选择。为了实现排爆机器人在抓取危险物的时候防翻转的问题，需要考虑机械手臂在极限位置下所产生的的翻转力矩。排爆机器人在平地运动的时候，其机械手臂有向前最长的臂展，此时，危险物以及机械臂会对机械臂基座产生一个翻转力矩，假设机械臂底座为翻转中心O，距离抓取危险物的手爪的长度为L1，机械臂重心距离O的距离为L2；G1、G2分别为重物的重量和机械臂的重量；其中机械臂大臂基座自身宽度相比臂长下较小，可忽略，另外危险物自身尺寸亦可忽略。此时，为满足自平衡条件，即平衡危险物此时对机械臂底座产生的转矩，假设平衡块的重量为G3，且被电动推杆推于最远距离即离O点距离为L3，平衡方程可以简单表示为：图7-3机械臂处于最长位置时的机械简图公式中G1按本文排爆机器人可抓取最大质量危险物为30kg，机械臂质量G2由SolidWorks的质量估计可以得出50kg（包括减速机和电机重量），以及L1和L2的长度分别为1.5m，0.73m，另外自平衡装置的平衡块最远的位移距离L3为0.76m。由上式计算可得，平衡块的最小质量需为101.23kg，为满足排爆机器人在极限情况下也不发生侧翻，通过消除其对排爆机器人车身所造成的翻转力矩，且避免一些极端情况下，前方末端执行机构抓取危险物质量超过30kg的时候发生意外，故采用质量为110kg的配重块在自平衡装置中使用。1.2.2电动推杆的选择其次，对于电动推杆所配的电动缸型号进行选型。为满足电动推杆可以推动自平衡装置的平衡块从而实现对翻转力矩的平衡，需要在平衡块的重量和滑动平面的摩擦系数进行对电动推杆所配备的电机选择，并且电机所输出的转速及推杆所推动的距离需要根据关节处的伺服电机电机反馈得到相应的参数。其中电动推杆需要满足以下要求：接触面的摩擦系数为0.1电动推杆的推力需要达到：电动推杆的行程需要达到：根据电动推杆的推力和行程选取，DGA系列的电动推杆，选择电机驱动为伺服电机。DGA系列的电动推杆参数如下表7-1DGA系列电动推杆参数型号推力范围行程范围运动速度范围QUOTEDGA50kN~500kN20mm~5000mm0.1mm/s~1000mm/s所配备的伺服电机经过下列公式计算可得到：其中推力为108kN，位移为0.18m，通过蜗杆副效率为0.66，丝杆副效率为0.58，可以得到总效率为0.38，减速比100。为保证有足够的驱动力矩，所选选电机的转矩应该按所需的转矩的1.3至1.5倍计算，即根据安川伺服电机7系列选型，综合样本选择SGM7A-A5A表7-2SGM7A-A5A电机参数型号三相相电压额定转速额定功率QUOTE静转矩转动惯量QUOTE额定电流ASGM7A-A5A20030000.50.15912.36.41.3自平衡装置实现分析上方计算得到平衡块的质量后，进行排爆机器人机械臂伸长长度变化和不同危险物质量发生变化时，所实现平衡块与电动推杆进行螺纹连接后进行动态伸缩。由于本文排爆机器人关节处转动所采用电位计，其对关节转角具有检测功能，通过控制系统可以对机械臂大小臂所发生的转角进行反馈。对于机械臂关节处的转角测量，可以得到大臂和小臂与初始位置发生相应的转角为α，β；其中机械臂大臂和小臂的质量根据solidworks质量评估可以得到G1，G2，根据末端执行机构的力传感器可以得知危险物的质量为G3；