【多轴机械臂传动系统设计的文献综述2300字】

多轴机械臂传动系统设计的文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u27083多轴机械臂传动系统设计的文献综述 1320471.1驱动方式分析与设计 1302081.2传动方案的分析和设计 292191.2.1腰关节传动设计 2318131.2.2腕部关节传动设计 31.1驱动方式分析与设计工业驱动方式主要有液压驱动、电机驱动、气压驱动三种。液压驱动要求的温度有严格的限制，如果超出太多或者太不稳定会严重影响机器的精度和刚度，还有很高的成本预算，不适合作为第一方案。气压驱动结构简单，成本较低，但是精度较低，对于机械臂的精密移动无法有效的进行控制，反应时间不够灵敏，甚至会产生延迟，影响机械臂的运作和工业生产。所以决定选择电机驱动作为最终选择的方案。电机驱动精度高，成本可控同时拥有比气压驱动稳定的有点，对工作环境的要求又没有液压驱动严格。电机驱动方式主要分为四种：步进电机驱动，直流伺服电机驱动，交流伺服电机驱动，步进电机和伺服电机混合驱动。步进电机一般是采取开环控制的一种电机，原理简单控制容易，但是容易产生振动，转速和扭矩因此也不是很高。价格低廉，互换性强，损毁后可以及时更换新的电机，不会有任何成本的负担。伺服电机和步进电机混合驱动的结构紧凑，同时也比较复杂，精度要求高，载荷较大。直流伺服电机则反应非常迅速，功率很大能够带动大型机械，结构因此非常复杂，价格高昂不利于进行试验和维修。交流伺服电机采取的是和步进电机不同的闭环控制，没有电刷和换向器，结构比较简单，稳定性高不容易出现意外和事故，安全性能强，因为其稳定的结构和没有过多传动上的冗余响应非常的快速，精度高，惯量小，体积小。相比其他类型的电机具有很多优势，步进电机作为备选方案之一，可是精度要求无法过关，响应也不够迅速，机械臂的作业工程中对于细微之处的把控十分重要，不能采用这种精度不够但能控制成本的方法。而交流伺服电机索然成本较高，但是控制精确，响应迅速，有利于操作者对于机械臂的操作，控制系统也没有其他方案那样复杂，还具有很大的启动力矩能够驱动较为大型的机械臂，也能够驱动机械臂对于大型的部件进行操作，最终决定选择交流伺服电机驱动作为机械臂的驱动装置。减速器类型选择减速器是用来在驱动原件和执行结构之间用来减速来保证整体装置不会出现意外的传动装置，可以起到保护装置和增大输出扭矩的作用。因为扭矩的降低，转速降低，整体装置的负载惯量也会减小。减速器的备选方案中有四种：谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器、涡轮蜗杆减速器。谐波减速器是一种精度较高，质量较为轻便，体积很小，传动比大的减速器。但是这种类型的减速器的寿命有限，刚度较差，对于冲击的抗性也很差，收到冲击后减速性能会出现比较严重的受损，不适合在日常的机械中使用。RV减速器的精度高，质量适中，体积也很小，却拥有较长的使用寿命，不太容易受到外界冲击的影响，可以保证很长时间的待机和运行而不出现问题，日常的维护也比较便利，可正是由于其出众的有点，使它的制造过程和工序较为繁琐，材料要求很高，制造成本相当高昂，价格十分昂贵。精密行星减速器则具有很高的刚性，精度很高，传动效率很高，体积很大，同时因为结构没有那么复杂，对于材料的要求没有那么严苛，成本可以很好的进行控制。虽然整个减速器并没有RV减速器那么契合整个机器的运作，但是成本只有其他类型减速器的四分之一，可以很好的改善产品的经济性，所以选择精密行星减速器作为最后的选择。1.2传动方案的分析和设计1.2.1腰关节传动设计图1.1腰关节传动方案Fig.1.1Thetransmissionschemesofwaistjoint关节型的机械臂的腰部关节主要靠回转产生的动力进行力的传动，方案设计采取这种输入端和输出端载同一条直线上的设计方案，行星减速器和伺服电机安装在基座的下方，减速器的输出轴从一个上方的洞口中伸出，与相连的腰关节输出轴连接，如果采用输入端和输出端垂直的方案，伺服电机和减速器就要安装在侧面，这样就需要蜗轮蜗杆来传递传动所需要的动力，能够有效的避免碰撞，但是蜗轮蜗杆具有反向自锁的特点，为了适应这种特点，整个机构在设计的时候就要适配这种特点，结构设计会非常复杂，占用的体积也会变大很多，会浪费很大的占地面积，同时成本也会变得十分高昂。所以才去图中的方案来设计整个腰关节的传动，这样使整个机构位于一条竖直的直线上，结构同样十分紧凑，传动精度高，本体质量较为轻便，虽然轴向的尺寸被拉长了很多，但是整个机构的体积减小了很多，结构也没有那么复杂，节约了成本，提高了经济性。1.2.2腕部关节传动设计机械臂腕部有三个关节需要进行分析和设计，因为三个关节的传动需要考虑不要和其他部件发生碰撞或者交叉，三个关节在设计时需要考虑电机和减速器的安装方式。机构的整体设计采用的行星减速器，这种减速器有点很多但是有很长的轴向尺寸，所以三个关节的设计都只要集中在肘部后端，最终传动顺序如下表。表1.1传动顺序表电机用来道东小臂转动，以此来完成腕部所需求的扭转运动，这就要求图1.2单个关节传动结方案Fig.1.2Thetransmissionschemesofsingaljoint关节电机与减速器相连。同理为了完成腕关节的俯仰运动，关节电机也要和减速器相连，通过齿轮轮辐传动动力，将动力传送到腕关节，在腕关节出因为传动的关节是垂直的，所以要利用锥齿轮进行转向，这样能在完成俯仰运动的同时将动力传动到末端法兰上，这使得动力也可以带动末端法兰盘进行旋转运动。这样的机构设计减轻了整个机构的整体重量，使得机械臂更加轻便，因为整体重量的减轻，所以手臂的惯性力也减少了，不容易出现平衡的问题，这使得整个传动具有了耐冲击，传输功率大的特点。为了这些优点也出现了一些额外的需要考虑的问题，如整体的结构尺寸变得很大，需要进行很详细的设计避免碰撞和其他意外