[工学]机械制造装备设计之4——工业机器人设计-哈工大威海黄博.ppt

工业机器人基础——手腕设计 手腕设计要求： 位于末端，应力求结构紧凑，减小质量与体积； 多采用分离传动，将驱动器安装在手臂的后端 合理选择手腕自由度，在灵活性与结构及运动控制的复杂性之间平衡 一般设置3个以内的自由度，有的就是一个自由度提高传动的刚度，以提高手腕动作精确性（分别附图：1、2、3回转自由度） 消隙装置；如分离传动，也最好使用链或同步齿带等刚性好的。 对手腕各回转关节轴上要设置限位开关与机械挡块，防止超限事故。 工业机器人基础——三转轴手腕 Cincinnatti milacron三转轴 采用相互叠套的三个空心传动轴4、5、6 分别传递电动机1、2、3的驱动； 空心轴6带动手腕外壳绕手腕轴I实现旋转R1； 空心轴5经锥齿轮7和9，驱动壳体10实现绕轴II的旋转运动R2； 空心轴4经两对锥齿轮14、8，及11、13驱动手腕的机械接口法兰盘，实现绕轴III的旋转运动R3。 三个旋转运动轴线交于一点，结构紧凑，动作灵活，但传动中将产生诱导运动（非正交） 工业机器人——末端执行器 手部是机器人为了进行作业，在手腕上配置的操作机构。因此有时也称为末端操作器。 综合考虑手部的用途、功能和结构持点，可分成以下几类： 1．卡爪式夹持器； 回转式 平移式 2．吸附式取料手； 真空、磁吸附等 3．专用操作器及换接器 4．仿生多指灵巧手（DLR\HIT\BH\最小） 假期大作业——前期课程总结 大作业（图文并茂，数据翔实，10页左右，超出不限）： 作业的完成质量考核：1）报告审阅；2）抽查核实 1、工业机器人现状及发展趋势（要有自己的分析哈,否则分低） 2、PUMA机器人的运动学方程构建； 3、某款工业机器人的结构设计剖析； 4、CA6140主传动链及进给传动链剖析 上述四题任选其一，以报告形式呈现，必须自己做（占15分成绩） 可以邮件形式发送给我，鼓励提交手写纸质报告！ 邮箱：huangbo@；huangbo74@163.com Word文件命名规则：“学号_姓名_报告题目.doc”,邮件标题同规则 * * * * * * * 机器人动力学——静力学分析示意 静力学分析 1）机器人各个关节处于静止状态，负载一重物，且忽略自重时： 2）机器人各个关节处于静止状态，负载一重物，且考虑自重时： 关节承受的力和力矩： 关节需要的驱动力（矩）： mg f3=mg f2=mg f1=mg m2=mgl2 l2 l1 m1=mg(l1+l2) τ1=0 τ2=mgl2 τ3=mg mg f3=mg f2=mg f1=mg m2=mgl2 l2 l1 m1=mg(l1+l2) τ1=0 τ2=mgl2 τ3=mg m3g m2g m1g 机器人动力学——动力学分析示意 动力学分析 机器人各个关节处于运动状态，当负载为一重物时： 关节承受的力和力矩： 关节需要的驱动力（矩）： f3 f2 f1 m2 l2 l1 m1 τ1 τ2 τ3 m3 机器人动力学——拉格朗日方程 应用质点系的拉格朗日方程来处理杆系的问题。 定义：L=K-P L—Lagrange函数；K—系统动能之和；P—系统势能之和。 动力学方程为： 广义力 广义速度 广义坐标 （力或力矩）（ 或 ） （ 或 ） 以二杆机器人为例，看拉格朗日动力学方程： 设二杆机器人臂杆长度分别为d1与d2，质量分别集中在端点为m1与m2，坐标系选取如图。 动能K和势能P为： 对质点m1： 对质点m2： 机器人动力学——拉格朗日方程 机器人动力学——拉格朗日方程 对质点m2的坐标求导： 所以，m2的动能与势能为： 所以，拉格朗日函数为： 机器人动力学——拉格朗日方程 基于拉格朗日函数，可列拉格朗日（动力学）方程 第一个关节上的力矩： 机器人动力学——拉格朗日方程 同理：第二个关节上的力矩： 机器人动力学——拉格朗日方程 将上述动力学方程整理后： 各系数 的物理意义： —关节 的有效惯量（等效转动惯量的概念）。由关节 处的加速度 引起的关节 处的力矩为 （ ） —关节 和 之间的耦合惯量 。由关节 或 的加速度 （ 或 ）所引起的关节 和 处的力矩为 或 —向心力项系数。表示关节 处的速度作用在关节 处的 向心力（ ） —向心力项系数。表示关节 处的速度作用在本身关节处 的向心力（ ） 机器人动力学——拉格朗日方程 各系数的物理意义：（续） —哥氏力项系数，