机器人手臂的平衡机构..docVIP

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： a.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—机器人手臂的质量 ι—机器人手臂质量中心与关节回转中心之间的距离 r—力臂与水平面夹角 M—配重质量 ι′—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 配重平衡力矩 则静力平衡条件是 即 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 b.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—机器人手臂不平衡质量 ι′—弹簧在力臂上安装点至关节轴心O的距离 e—弹簧在关节轴座上方安装点Y相对关节轴中心O的偏心距离 r一机器人手臂与水平面的夹角 ι—机器人手臂质量中心至关节轴心O的距离 式中C1-臂的静不平衡力矩 C2-臂的惯性力矩 I－臂对于关节轴的转动惯量 －臂运动的平均加速度 弹簧的平衡力矩 (1)静平衡条件 即 因为ｅι′ 所以，可近似认为 这样，静平衡条件式可简化为 如果能满足这一平衡条件，则大臂在=0～及～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 即 一般大臂的平衡弹簧设有两个，安装在机器人臂的两侧，每根弹簧只平衡不平衡力矩的一半。如果每根弹簧的刚度为。 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。 c.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 不平衡力矩 （1）静平衡条件 图 活塞推杆平衡机构原理图 即 当 　时 这时，静平衡条件为 （1）动平衡条件 活塞式平衡系统有液压和气动两种：液压平衡系统平衡力大，体积小，有一定阻尼作用，气动平衡系统，具有很好的阻尼作用，但体积比较大。