《机器人构造传动PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机器人构造传动PPT课件.ppt（74页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、1,机器人构造 主 讲：吴 东,2,本章内容,1. 机器人的构造 2. 机器人的控制器 3. 机器人的传感器 4. 机器人的驱动 5. 机器人的传动 6. 机器人的能源,3,机器人的传动机构,传动机构，是将驱动器输出的动力传送到工作单元的一种装置。 作用 调速。工作单元往往和驱动器速度不一致，利用传动机构达到改变输出速度的目的。 调转矩。调整驱动器的转矩使其适合工作单元使用。,4,机器人的传动机构,改变运动形式。驱动器的输出轴一般是等速回转运动，而工作单元要求的运动形式则是多种多样的，如直线运动、 螺旋运动等，靠传动机构实现运动形式的改变。 动力和运动的传递和分配。用一台驱动器带动若干个不同速
2、度、不同负载的工作单元。,5,机器人的传动机构,传动机构有机械传动、流体(液体、 气体)传动、电气传动三类 机械传动的主要形式 齿轮传动 带传动 链传动 连杆传动,6,齿轮传动,电动机的转速与机器人的速度 一个永磁直流电动机在额定电压下，其空载转速不低于 5000 r/min 假设直接跟直径为7.5cm的车轮连接，则其空转速度是 （50000.0753.14）/ 60 = 19.6 m/s 适合于“机器人竞速比赛” ，但不适合 “机器人擂台比赛”,7,齿轮传动,电动机的转速与机器人的速度 减速 选择功率小、转速慢的电动机 降低提供给电动机的电压 减速，但同时要增大电动机输出的转矩 使用齿轮传动
3、,8,齿轮传动,齿轮，是能互相啮合的有齿的机械零件。,9,齿轮传动,齿轮传动，是以齿轮的齿互相啮合来传递动力的机械传动。 其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105KW。 齿轮直径一般从1mm到150m。 是现代机械中应用最广的一种机械传动。,10,齿轮传动,齿轮传动,11,齿轮传动,齿轮传动,12,齿轮传动,平面传动,空间传动,13,齿轮传动,齿轮传动的作用 提高或降低输出转速，并同时相应降低或提高输出转矩 将转动变换为直线运动 改变输出的方向,14,齿轮传动的基本量,转矩 使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩。 t=f*r 功 转矩 齿轮角位移。w=t*c,15,齿轮传动,传动
4、原理,齿轮A 16齿,齿轮B 32齿,16,齿轮传动,传动原理 假设A的转矩为Ta，B的转矩为Tb。并且，假设A转了2圈，则B正好转了1圈。 根据功守恒，有 Ta * 720 = Tb*360 Ta / Tb = 360 / 720 = 1/2,17,齿轮传动,传动原理 当小齿轮带动大齿轮时，转速减小，转矩增大 当大齿轮带动小齿轮时，转速增加，转矩减小 齿轮间的齿轮数关系影响着转速和转矩,18,齿轮传动,传动原理,传动比,输出齿轮的齿轮数,输入齿轮的齿轮数,=,减速比,输入齿轮的齿轮数,输出齿轮的齿轮数,=,19,齿轮传动,传动原理 Tb = e(TaR) Sb = e(Sa/R) T代表齿轮
5、的转矩， S代表转速， e代表传动效率，R代表传动比,20,齿轮传动,多对齿轮啮合(实现大减速) 不能无限制的增大齿轮尺寸 使用串联组合实现大减速,1/2,21,齿轮传动,多对齿轮啮合(实现大减速) 总的减速比等于所有齿轮减速比的乘积 总的传动比等于所有齿轮传动比的乘积 可以方便的调整转速、转矩，但要注意功的损失问题,22,齿轮传动,特点 传递动力大、效率高 寿命长，工作平稳，可靠性高 能保证恒定的传动比 制作、安装精度要求较高 不宜作远距离传动,23,带传动,组成 主动轮、从动轮、传动带,24,带传动,分类,平皮带,V 型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,-摩擦牵引力大,-摩擦牵引力大,-
6、牵引力小，用于仪器,应用：两轴平行、且同向转动的场合。称为开口传动。,抗拉体,25,带传动,摩擦型带传动的工作原理 环形带被张紧在带轮上，产生的初拉力F0使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时依靠摩擦力推动从动轮一起同向转动。,主动轮,从动轮,26,带传动,摩擦型带传动的受力分析 不工作时，主动轮上的驱动转矩T1=0，带轮两边传动带所受的拉力均为初拉力F 0,27,带传动,摩擦型带传动的受力分析 工作时，在摩擦力的作用下，带绕入主动轮的一边被进一步拉紧，称为紧边，其所受拉力由F 0增大到F 1，而带的另一边则被放松，称为松边，其所受拉力由F 0降到F 2,紧边,松边,从动轮,主动轮,28,带传
7、动,摩擦型带传动的受力分析 假设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边拉力减量相等 有效拉力，即带所能传递的圆周力：,紧边,松边,从动轮,主动轮,F = F1 - F2,F1 F0 = F0 - F2,29,带传动,摩擦型带传动的受力分析 传动功率P (kW)为： F：有效拉力 V：带速，(m/s),紧边,松边,从动轮,主动轮,30,带传动,摩擦型带传动的受力分析 当有效拉力跟带上总的摩擦力有关系： FFf 带与带轮之间出现显著的滑动，称为打滑。 经常出现打滑使带的磨 损加剧、传动效率降 低，导致传动失效。,紧边,松边,从动轮,主动轮,31,带传动,传动比 传动比 = 从动轮基准直径 /主动轮基准
8、直径,主动轮,从动轮,32,带传动,摩擦型带传动的特点 适用于中心距较大的传动 过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零件的损坏；但不能保证恒定的传动比 结构简单、成本低廉 传动效率低 传动带使用寿命短,33,带传动,张紧装置 调整中心距,a,调整螺钉,调整螺钉,滑道式张紧装置,摆架式张紧装置,a,34,带传动,张紧装置 张紧轮,35,带传动,啮合型带传动 靠带齿与轮齿之间的啮合实现传动，两者无相对滑动，而使圆周速度同步。也称为同步带传动。,36,带传动,啮合型带传动的特点 传动比恒定、效率高、传动平稳 结构紧凑、能承受一定冲击 成本高，对制造和安装要求高,37,链传动,组成：主动轮、从动轮
9、、链条 原理：链与链轮轮齿之间的啮合实现平行轴之间的同向传动。,设计：潘存云,38,链传动,特点 能获得准确的平均传动比，传动效率高，但瞬时传动比不恒定 结构紧凑 可在高温、 油污、潮湿等恶劣环境下工作 传动平稳性差，有噪音，磨损后易发生跳齿和脱链， 急速反向转动的性能差,39,带传动,传动比 传动比 = 从动轮齿数 /主动轮齿数,40,链传动,张紧装置,41,连杆传动,连杆传动，是利用连杆机构传动动力的机械传动方式。 按空间位置关系分 平面连杆机构(连杆上各个点的运动平面相互平行) 空间连杆机构,42,连杆传动,平面四杆传动,连杆,机架,连架杆,43,连杆传动,平面四杆传动 机架：机构的固定
10、件 连架杆：与机架联接的构件。能做圆周转动的连架杆，称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。 连杆：不直接与机架连接的部件。主动连架杆跟从动连架杆的连接部件。,44,连杆传动,可按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式： 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构,45,连杆传动,曲柄摇杆机构的应用,雷达天线俯仰角调整机构,46,连杆传动,曲柄摇杆机构的应用,缝纫机的踏板 机构,47,连杆传动,曲柄摇杆机构的应用,契贝谢夫四足机器人,48,连杆传动,曲柄摇杆机构的应用,49,连杆传动,曲柄摇杆机构的三个特性 急回 压力角与传动角 死点,50,连杆传动,曲柄摇杆机构的急回,当原
11、动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回运动。,51,连杆传动,曲柄摇杆机构的急回,转动一周，曲柄AB与连杆BC有两次共线,C1D和C2D分别为摇杆CD两个极限位置,夹角,曲柄从AB1顺时针转到AB2时，曲柄转角1=180+,时间为t1,曲柄从AB2顺时针转到AB1时，曲柄转角2=180- ,时间为t2,因为t1t2,所以v1v2,摇杆cd具有急回特性。,52,连杆传动,曲柄摇杆机构的压力角与传动角,连杆BC作用于摇杆CD上的力P是沿BC方向的。,压力角，力P 在vc方向的有效分力为Pt=Pcos,P在垂直于vc方向的分力Pn=Psin则为无效
12、分力,压力角越小越好，传动角越大越好。,53,连杆传动,曲柄摇杆机构的死点,以摇杆为原动件，而曲柄为从动件,当摇杆摆到极限位置C1D和C2D时，连杆与曲柄共线,连杆加给曲柄的力将通过铰链中心A，即机构处于压力角=90（传力角=0）的位置时，驱动力的有效力为0,机构的这种位置称为死点，可能出现卡死。,54,连杆传动,曲柄摇杆机构的死点,克服死点的方法,利用加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死点。,采用将两组以上的同样机构组合使用，且使各组机构的死点位置相互错开排列的方法。,55,利用死点夹紧工件的夹具,56,机器人的能源,机器人可用能源 发条机构 太阳能电池 燃料电池 干电池,57,机器人的能
13、源,选择要点 能提供足够的电压、电流 可充电、不可充电 重量、尺寸,58,机器人的行走机构,行走机构，即机器人的下肢，主要用来承受体重和完成位移。它决定着机器人能否迅速灵活的移动，能否准确的按照操作者的意愿到达指定点。 机器人行走机构通常由驱动器、传动装置、位置检测装置、电缆等构成。,59,机器人行走机构的分类,按运行轨迹分 分为固定轨迹式和无固定轨迹式两种。 固定轨迹式主要用于工业机器人。,60,固定轨迹式机器人运动的实现,把机器人机身基座安装在一个可移动的平台上，通过将来自电机的旋转运动转化为直线运动来实现固定轨迹移动。,61,机器人行走机构的分类,无固定轨迹机器人 可分为轮式、履带式和足
14、式等。前两者与地面连续接触，后者与地面为间断接触。,62,机器人的轮式行走机构,分类 机器人通常使用三轮式、四轮式、对称四轮式等，用到驱动轮和从动轮。 适用范围 最适合平地行走，不能跨越高度，不能爬楼梯。,63,机器人的轮式行走机构,三轮式车体 两个驱动轮装在前两侧 从动轮装在后侧 不会出现悬空现象 稳定性不好,64,三轮行走机器人图例,65,机器人的轮式行走机构,四轮式车体 两个驱动轮装在前两侧 两个从动轮装在后两侧 不会出现悬空现象 稳定性好,66,机器人的轮式行走机构,对称四轮式车体 两个驱动轮装在中线两侧 两个从动轮装在前后两端 某一时刻只有三个轮着地 转动灵活性好,67,机器人的履带
15、式行走机构,特点 可以在有些凸凹的地面上行走，可以跨越障碍物，能爬梯度不太高的台阶。 依靠左右两个履带的速度差转弯，会产生滑动，转弯阻力大，且不能准确地确定回转半径。,68,机器人的履带式行走机构,69,机器人的足式行走机构,特点 适用范围广。不仅能在平地上，而且能在凹凸不平的地上步行。能跨障碍，上下台阶等。 设计难点是机器人跨步时自动转移重心而能够保持平衡。,70,机器人的两足式行走机构,控制特点 使机器人的重心经常在接地的脚掌上，一边不断取得准静态平衡，一边稳定的步行。 为了能变换方向和上下台阶，一定要具备多自由度。,71,机器人的四足式行走机构,特点 步行时，一只脚抬起，三只脚支撑自重，这时需要移动身体，让重心落在三只脚接地点组成的三角形内。,72,机器人的四足式行走机构,73,机器人的四足式行走机构,其它行走机器人,74,机器人擂台比赛,返回齿轮传动,