【《某六自由度电焊喷涂机器人的臂杆平衡方法案例分析》1700字】

某六自由度电焊喷涂机器人的臂杆平衡方法案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u16519某六自由度电焊喷涂机器人的臂杆平衡方法案例分析 1147101.1质量平衡法 152041.2弹簧力平衡法 245221.3气动和液压平衡法 348751.4小结 4为了保持机器人的静态平衡，需要在每个关节处施加一定的驱动力矩来平衡重力产生的偏置力矩。因此，偏置转矩的大小直接决定了关节驱动器的转矩和功率，其波动幅度直接影响驱动器的稳定性。过大的偏置力矩不仅会增加关节驱动器的负载，还会降低传动系统的精度和寿命[1]。在工作过程中，机器人的连杆大多处于悬臂状态，而工业机器人每个连杆的自重一般为负载的10~20倍[2]。连杆自重产生的偏转力矩远大于负载产生的偏转力矩。设计一种平衡机构来平衡连杆的自重和负载产生的静偏力矩是非常有意义的。目前，工业机器人的平衡方法主要有配重平衡法、弹簧平衡法、气缸平衡法、机械阻尼平衡法、弹簧凸轮平衡法[3]、弹簧气动混合平衡法[4]等。1.1质量平衡法为了在静态状态下达到质量平衡，我们应该合理分配身体各部位的质量分布，使重心尽量落在腰部中间，腰部与底座相连，这样它的稳定性就会大大提高。也可以在适当的位置进行配重，使臂的重心落在支点上。本文以kuka662/100机器人为例，将III、IV、V轴电机安装在臂肩上，以达到配重平衡的目的。这种方法虽然会增加动臂的总质量，但由于总扭矩减小，对各关节的冲击减小，甚至可以成为良性冲击。当质量平衡法不能达到平衡效果时，可用弹簧力或其它可控力（如气、液、电能）进行补偿。1.2弹簧力平衡法图5-1弹簧平衡原理当结构的质量平衡不能解决平衡问题，或因空间问题不方便采用第一种方法时，可考虑采用弹簧平衡法。其原理是通过长弹簧平衡各部件的重力，如图5-1所示，从而达到不影响系统平衡的目的。由于主杠杆臂的平衡问题发生在小臂上，因此以小臂为研究对象（杆2），在杆2的尾端离转动中心为处安装一根长弹簧。长弹簧的另一端安装在长度为的固定连杆1上，固定连杆1的另一端固定在转动中心O上。如果杆2的原始位置和固定杆1垂直，工作时臂杆2顺时针转了一个角度θ，则在工作位置上弹簧力产生的平衡力矩为：式中为固定连杆1和弹簧间的夹角；且有和由上可得：式中，为弹簧拉伸后的长度；为弹簧的初始长度；为弹簧的刚度系数。在实践中，由于多种因素，弹簧的刚度难以完全满足要求。此时，弹簧的长度和刚度应正确更改。1.3气动和液压平衡法与弹簧力平衡法相比，气动平衡法和液压平衡法效果更好。两种方法的原理和功能大致相同，但气液法有两个优点，前者不具备：1。压力一旦调整，就是一个固定值，即使杆臂位置发生变化，压力装置也能保持良好的稳定性；2;2.与弹簧系统相比，气液系统的压力（平衡力）可独立调节，更方便可调，更好地保持机体的稳定性。但这种平衡方法也有缺点，因为它是借助外力来平衡的，外力来自气动泵或液压泵，泵体的质量和体积一般较大，增加了泵体的整体体积和质量，而且结构也不像前两种方法那么简单。同时，其安全性和可靠性不如前两种方法。如果采用这样的方案，就必须考虑能量中断时的预防措施，以免极臂因重量而滑动，从而避免事故的发生。如图5-2所示为KUKA662/100型机器人小臂气动平衡系统原理图，气动平衡的工作原理如下：图5-2小臂气动平衡系统原理压缩气入口；2-压力开关；3-单向阀；4-压力表；5-手动排气阀；6-消声器；7-控制开关；8-储气罐；9-平衡气缸当空气压力达到规定值时，压力开关2将气路与外部气源分离，并在气体支架8和平衡缸9之间形成气动回路。当动臂旋转时，缸体和动臂一起向上移动，增加缸体下部的压力，从而产生与动臂旋转方向的平衡扭矩，从而平衡手腕的平衡。图5-2中的图7显示了控制开关的操作。它向机器人控制器发出信号。如果卫星系统接收到的指令信号为1，机器人将开始工作，以确保机器人的安全，不会因气压不足而干扰平衡。平衡系统的主要优点是可调性。当机器人手腕承受不同的负载时，通过调节压力开关2来调节气体压力，达到最佳的平衡效果。1.4小结机器在工作时，会有很大的振动和摆动（尤其是小手臂）。针对上述突出问题，本章给出了三种解决方法：质量平衡法和弹簧力平衡法；气动和液压平衡法。综上所述，本文提出了以下解决方案：首先，在设计结构中考虑了质量平衡问题，避免将电