19.05 6.35 6.35 G=0.07kgG=0.09kgG=0.59kgG=0.53kgG=0.8kgG=2.79kg 图4-15机器人用四点接触球轴承
采用四点接触式设计以及高精度加工工艺 的机器人专用轴承已经问世,这种轴承比同等 轴径的常规中系列四点接触轴承轻25倍。机器 人专用轴承的结构尺寸和重量如图4-15所示, 适合于762~3556mm轴径的轴承,重量只有 0.07~27kg。此类轴承己用在如图4-16所示的 腕关节中。 减轻轴承重量的另一种方法是采用特殊材 料,目前正在研究采用氮化硅陶瓷材料制成球 和滚道,陶瓷球的杨氏模量比钢球约高50%, 但重量比钢球轻很多
• 采用四点接触式设计以及高精度加工工艺 的机器人专用轴承已经问世，这种轴承比同等 轴径的常规中系列四点接触轴承轻25倍。机器 人专用轴承的结构尺寸和重量如图4-15所示， 适合于76.2~355.6mm轴径的轴承，重量只有 0.07~2.79kg。此类轴承己用在如图4-16所示的 腕关节中。 • 减轻轴承重量的另一种方法是采用特殊材 料，目前正在研究采用氮化硅陶瓷材料制成球 和滚道，陶瓷球的杨氏模量比钢球约高50%， 但重量比钢球轻很多
传动件的定位及消隙 传动件的定位工业机器人的重复定位精度要求较高,设 计时应根据具体要求选择适当的定位方法。目前常用的定位方法 有电气开关定位、机械挡块定位和伺服定位。 1电气开关定位 电气开关定位是利用电气开关(有触点或无触点)作行程检测元 件,当机械手运行到定位点时,行程开关发信号二切断动力源或 接通制动器,从而使机械手获得定位。液压驱动的机械手运行至 定位点时,行程开关发出信号,电控系统使电磁换向阀关闭油路 而实现定位。电动机驱动的机械手需要定位时,行程开关发信号, 电气系统激励电磁制动器进行制动而定位。使用电气开关定位的 机械手,其结构简单、工作可靠、维修方便,但由于受惯性力 油温波动和电控系统误差等因素的影响,重复定位精度比较低, 一般为士(3~5)mm
• 二、传动件的定位及消隙 • (一)传动件的定位工业机器人的重复定位精度要求较高，设 计时应根据具体要求选择适当的定位方法。目前常用的定位方法 有电气开关定位、机械挡块定位和伺服定位。 • l.电气开关定位 • 电气开关定位是利用电气开关(有触点或无触点)作行程检测元 件，当机械手运行到定位点时，行程开关发信号二切断动力源或 接通制动器，从而使机械手获得定位。液压驱动的机械手运行至 定位点时，行程开关发出信号，电控系统使电磁换向阀关闭油路 而实现定位。电动机驱动的机械手需要定位时，行程开关发信号， 电气系统激励电磁制动器进行制动而定位。使用电气开关定位的 机械手，其结构简单、工作可靠、维修方便，但由于受惯性力、 油温波动和电控系统误差等因素的影响，重复定位精度比较低， 一般为土(3~5)mm
2机械挡块定位 机械挡块定位是在行程终点设置机械挡块,当机 械手减速运动到终点时,紧靠挡块而定位,若定位前 缓冲较好,定位时驱动压力未撤除,在驱动压力下将 运动件压在机械挡块上,或驱动压力将活塞压靠在缸 盖上就能达到较高的定位精度,最高可达士0.02mm 若定位时关闭驱动泊路、去掉驱动压力,机械手运动 件不能紧靠在机械挡块上,定位精度就会减低,其减 低的程:度与定位前的缓冲效果和机械手的结构刚性 等因素有关。 图4-17所示是利用机械插销定位的结构。机械手 运行到定位点前,由行程节流阀实现减速,达到定位 点时,定位泊缸将插销推入圆盘的定位孔中实现定位 这种方法定位精度相当离
• 2.机械挡块定位 • 机械挡块定位是在行程终点设置机械挡块，当机 械手减速运动到终点时，紧靠挡块而定位，若定位前 缓冲较好，定位时驱动压力未撤除，在驱动压力下将 运动件压在机械挡块上，或驱动压力将活塞压靠在缸 盖上就能达到较高的定位精度，最高可达士0.02mm。 若定位时关闭驱动泊路、去掉驱动压力，机械手运动 件不能紧靠在机械挡块上，定位精度就会减低，其减 低的程：度与定位前的缓冲效果和机械手的结构刚性 等因素有关。 • 图4-17所示是利用机械插销定位的结构。机械手 运行到定位点前，由行程节流阀实现减速，达到定位 点时，定位泊缸将插销推入圆盘的定位孔中实现定位。 这种方法定位精度相当离
3.伺服定位系统 电气开关定位与机械挡块定位这两种定位 方法只适用于两点或多点定位。而在任意点定 位时,要使用伺服定位系统。伺服系统可以输 入指令控制位移的变化,从而获得良好的运动 特性。它不仅适用于点位控制,而且也适用于 连续轨迹控制。 开环伺服定位系统没有行程检测及反馈, 是一种直接用脉冲频率变化和脉冲数控制机器 人速度和位移的定位方式。这种定位方式抗干 扰能力差,定位精度较低。如果需要较高的定 位精度(如士0.2mm),则一定要降低机器人关 节轴的平均速度
• 3.伺服定位系统 • 电气开关定位与机械挡块定位这两种定位 方法只适用于两点或多点定位。而在任意点定 位时，要使用伺服定位系统。伺服系统可以输 入指令控制位移的变化，从而获得良好的运动 特性。它不仅适用于点位控制，而且也适用于 连续轨迹控制。 • 开环伺服定位系统没有行程检测及反馈， 是一种直接用脉冲频率变化和脉冲数控制机器 人速度和位移的定位方式。这种定位方式抗干 扰能力差，定位精度较低。如果需要较高的定 位精度(如士0.2mm)，则一定要降低机器人关 节轴的平均速度
6.35 图4-16机器人腕关节
图4-17利用插销定位的结构 1一行程节流阀;2一定位圆盘;3一插销;4-定位油缸
闭环伺服定位系统具有反馈环节,其抗干扰能力 强,反应速度快,容易实现任意点定位。图4-18是齿条 齿轮反馈式电-液闭环伺服系统方框图。齿轮齿条将位 移量反馈到电位器上,达到给定脉冲时,马达及电位 器触头停止运转,机械手获得准确定位。 输入 放 液油 控冲位大伺 器 器 阀 械手 齿轮齿条 反馈环节 图4-18齿轮齿条反馈式闭环电-液伺服定位 系统方框图
• 闭环伺服定位系统具有反馈环节，其抗干扰能力 强，反应速度快，容易实现任意点定位。图4-l8是齿条 齿轮反馈式电-液闭环伺服系统方框图。齿轮齿条将位 移量反馈到电位器上，达到给定脉冲时，马达及电位 器触头停止运转，机械手获得准确定位
(二)传动件的消隙 图4-18齿轮齿条反馈式闭环电-液伺服定位传动机 构存在有间隙,也叫侧隙。就齿系统方框图轮传动而 齿轮传动的侧隙是指一对齿轮中一个齿轮固定不 动,另一个齿轮能够作出的最大的角位移。传动的间 隙,影响了机器人的重复定位精度和平稳性。对机器 人控制系统来说,传动间隙导致显著的非线性变化 振动和不稳定。但是,传动间隙是不可避免的,其产 生的主要原因有:由于制造及装配误差所产生的间隙; 为适应热膨胀而特意留出的间隙。消除传动间隙的主 要途径有:提髙制造和装配精度;设计可调整传动间 隙的机构;设置弹性补偿零件
• (二)传动件的消隙 • 图4-18齿轮齿条反馈式闭环电-液伺服定位传动机 构存在有间隙，也叫侧隙。就齿系统方框图轮传动而 言，齿轮传动的侧隙是指一对齿轮中一个齿轮固定不 动，另一个齿轮能够作出的最大的角位移。传动的间 隙，影响了机器人的重复定位精度和平稳性。对机器 人控制系统来说，传动间隙导致显著的非线性变化、 振动和不稳定。但是，传动间隙是不可避免的，其产 生的主要原因有：由于制造及装配误差所产生的间隙； 为适应热膨胀而特意留出的间隙。消除传动间隙的主 要途径有：提高制造和装配精度；设计可调整传动间 隙的机构；设置弹性补偿零件
1消隙齿轮 图4-19(a)所示的消隙齿轮由具有相同齿轮参数的并 只有一半齿宽的两个薄齿轮组成,利用弹簧的压力使 它们与配对的齿轮两侧齿廓相接触,完全消除了齿侧 间隙。 图4-19(b)所示为用螺钉3将两个薄齿轮1和2连接在 起,代替图(a)中的弹簧。其好处是可以调整。 2.柔性齿轮消隙 图420a)所示为一种钟罩形状的具有弹性的柔性 齿轮,在装配时对它稍许加些预载就的年轮亮的变形, 从而引起每个轮齿的双侧齿廓都能啃合,消除了侧隙。 图4-20(b)所示为采用了上述同样的原理却用不同设计 形式的径向柔性齿轮轮壳和齿圈是刚性的,但与由自 吟半具有弹性。对于给定同样的扭矩载荷,为保证无 侧隙啃合,径向柔性齿轮所需要的预载力比钟罩状柔 性齿轮要小得多
• 1.消隙齿轮 • 图4-l9(a)所示的消隙齿轮由具有相同齿轮参数的并 只有一半齿宽的两个薄齿轮组成，利用弹簧的压力使 它们与配对的齿轮两侧齿廓相接触，完全消除了齿侧 间隙。 • 图4-19(b)所示为用螺钉3将两个薄齿轮1和2连接在 一起，代替图(a)中的弹簧。其好处是可以调整。 • 2.柔性齿轮消隙 • 图4-20(a)所示为一种钟罩形状的具有弹性的柔性 齿轮，在装配时对它稍许加些预载就的年轮亮的变形, 从而引起每个轮齿的双侧齿廓都能啃合，消除了侧隙。 图4-20(b) 所示为采用了上述同样的原理却用不同设计 形式的径向柔性齿轮,轮壳和齿圈是刚性的，但与由自 吟半具有弹性。对于给定同样的扭矩载荷，为保证无 侧隙啃合，径向柔性齿轮所需要的预载力比钟罩状柔 性齿轮要小得多