七自由度柔性机械臂机构说明..pdf
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1、七自由度柔性机械臂机构说明 设计目标 由于人工成本的不断提升,人们的刚性需求也不断的扩大,生产自动化越来越被人们所 重视。 也是社会发展的必然。让机器人去完成一些高危、肮脏、 重复、 精度高的工作。 由此, 设计一款高精度,高灵活性的机器臂显得更为重要。 设计的目标:高精度仿人工业机器人。 运用先进的仿生理论与柔性设计为基础,设计开发用二次式运动反馈来实现其高精度控 制,合理的仿人机构来完成动动。 机械臂整体设计方案 一、功能需求:满足实现模仿人类手臂的基本功能, 自由度包括手臂的肩部的抬起,摆动,旋转,肘部的弯曲,腕部的旋转,弯曲,摆动共7 个自由度。(图一) 图一图二 二、优化后确定的构型
2、: 自由度包括手臂的肩部的摆动,抬起,大臂旋转,肘部的弯曲,小臂的旋转,腕部的弯曲, 摆动共 7 个自由度。(图二) 三、驱动模块示意设计:(图三) 胡克定律是力学基本定律之一。适用于一切固体材料的弹性定律,它指出:在弹性限度内, 物体的形变跟引起形变的外力成正比。这样增加了力的反馈测量。在弹性材料在弹性限度内 形变时,测得其形变量,从而计算出受力与关节下方所处的位置。 1. 先进行测试 图三 四、机械臂的具体设计方案,(图四) 五、各关节的受力分析: 基本尺寸图(图五) 图五 L1=426mm, L2=293mm,L3=108mm,L4=442mm。 六、马达的初选 谐波减速器的优点: Ha
3、rmonic 减速器结构简单,体积小,重量轻、啮合的齿数多、承载能力大、运动精度 高、运动平稳、 间隙可以调整、 传动效率高、 同轴性好、 可实现向密闭空间传递运动及动力。 瑞士 Maxon 电机优点: 轴向窜动和径向跳动小、温度范围大、 回差小等, 并且电机型号全编码器与抱闸与控制器配 套全面。 瑞士 Maxon 电机与 日本 Harmonic 谐波减速器选型需求 示例图片: 图六 马达1:EC90flat 90W 扭力: 4.67 nm 0.387nm ;转速: 3190rpm;重量: 648g 减速器1:CSG-25-160 减速比: 1:160;最大扭力: 314nm;正常: 176n
4、m;重量: 420g 马达2:EC-4pole max30 200W 扭力: 3.18 nm 0.112nm ;转速: 17000rpm ;重量: 300g 减速器2:CSG-25-160 减速比: 1:160;最大扭力: 314nm;正常: 176nm;重量: 420g 马达3:EC max40 170W 扭力: 2.66nm0.16nm ;转速: 9840rpm;重量: 580g 减速器3:CSG-17-120 减速比: 1:120;扭力最大: 112nm;正常: 70nm;重量: 150g 马达4: EC45flat 70W 扭力: 0.82nm0.13nm ;转速: 4840rpm;重
5、量: 110g 减速器4:CSG-20-160 减速比: 1:160;最大扭力: 191nm;正常: 120nm;重量: 280g 马达5:EC-4pole max30 100W 扭力: 1.24nm 0.0 63nm ;转速: 17800rpm ;重量: 210g 减速器5:CSD SHD-17-100 减速比: 1:100;最大扭力: 71nm ;正常: 37nm;重量: 100g 马达6:EC45flat 70W 扭力: 0.13 nm 0.17nm ;转速: 4840rpm 重量: 110g 减速器6:CSF-11-100 减速比: 1:100;最大扭力:25nm;正常: 11nm;重
6、量: 50g 马达7:EC-4pole max30 100W 扭力: 1.24nm 0.0 63nm ;转速: 17800rpm ;重量: 210g 减速器7:CSF-11-100 最大扭力: 25nm;正常: 11nm;重量: 50g 说明: EC45flat 70W要更换为EC-I40 70W+MR 七、受力分析: 有效扭力计算公式:(堵转 -连续) *0.3+连续 质量分配: 设大臂小臂均为, 外径 D=110mm, 假设主体为外壁壁厚为L=5mm 的铝壳,长度为 H=250mm, 则体积为: 412cm3,铝的密度2.7gcm3,外壳质量为1.1kg 大臂部分质量有马达3(580g)减
7、速器 (150g) ,外壳(1.1kg) ;小臂部分有马达4567(110g, 210g,110g,210g) ,减速器4567(280g,100g,50g,50g) ,外壳( 1.1kg) ; 手部主要是灵巧手的质量设为1kg;外加假设载荷6kg。 质量分配示意图如:图七 图七图五 则可得 G1=0.58+0.15+1.1=1.83kg; G2=(0.11+0.21+0.11+0.21)+(0.28+0.1+0.05+0.05)+1.1 =2.22kg G3=1+6=7kg 则大臂最大转动惯量大臂 M1=g*G1*L4/2=9.8*1.83*0.442 /2=3.96nm 小臂 M2= g*
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