机械手臂旋转关节设计,机械设计方案

2020-05-28 12:44:00

来源:榕城网

机械手臂在近年来已经投入到商用,机械手臂有着很强的设计理念,结合机械手臂旋转关节设计能够让机械手臂在更多的场合应用。下面就让我们一起来了解机械手臂旋转关节的设计方案,一起来看看吧。

机械手臂旋转关节设计:手臂关节模块

手臂关节模块包含了许多零部件,主要有旋转电机、减速器和反馈单元等。在手臂关节的内部固定了控制单元和传动系统,以二级减速传动作为传动模式,即齿轮减速传动与谐波减速传动,这种传动模式可以支持手臂关节自由度之内的回转运动。

机械手臂旋转关节设计:设计方案

(l)模块外壳方案

手臂关节的外壳能够为电机、制动器、滚动轴承提供必要的机械支撑,并起到必要的保护作用。在手臂关节运动的过程中,模块的外壳也承受了期间多产生的种种应力,因此模块的外壳必须满足一定的刚度。模块外壳的主要构成部分包括:底盖、电机、齿轮盖、主壳体、轴承、制动器等。其中,底盖位于结构的底端,其作用是为整个旋转模块的各个部件提供支撑与连接;主壳体构成此部件单元的外壳,对单元当中的电机、制动器等子单元起到连接和支撑作用;齿轮盖覆盖于模块的齿轮传动单元之上,起到保护和连接作用,而且能够支持谐波齿轮减速器的安装。为保证机械臂有足够的强度,模块外壳选取的制作材料为铝合金,并将壁体设计为圆桶状的抗压结构,为防止氧化与腐蚀,表面结果特殊处理。

(2)减速齿轮方案

减速齿轮方案的主要构成部分包括:电机连接齿轮、中心齿轮、中心轴以及制动连接齿轮等。

其实现方式简述如下:通过小齿轮来连接直流电机的输出端,然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接;同理,通过另一个小齿轮来连接断电制动器的输出端,然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接。在这种啮合模式下,当减速齿轮单元加电后,便由系统的电机来作为动力源输出,而当减速齿轮单元端电后,便由系统的制动器来作为阻力源输出。考虑到机械臂的关节在不同运动时,会使减速齿轮持续维持高速转动状态,因此必须有足量的润滑剂。又因为该减速齿轮不是封闭结构,因此本文以滑脂来起到齿轮润滑的作用。

(3)中轴传动方案

中轴的传动方案是整个机械臂设计中非常关键的一个组成部分。中轴传动的作用是,首先支持来自中心齿轮的动力,其次还要为波发射器高效传递动力。考虑到中轴会承接一定比例的来自轴向的受力和很大比例的径向应力,因此为支持中轴,引入了角接触轴承。中轴传动单元主要由旋转模块、断电制动器、卡簧、角接触轴承、中心齿轮、主轴、连接法兰以及波发射器组成。 因为中轴传动单元在设计上要求同轴度与圆柱度都在较高的水准,因此尤其应注重其材料选择和参数控制。本研究所设计的中轴用以45号钢才作为原料,并在成型后淬火,从而保证单元在表面具备一定的硬度。

在中轴传动方案中,最关键的是旋转模块的结构设计。旋转模块的设计思路是:将其转轴与中心轴线重合,并以电机驱动。在模块上部署有电磁编码器,用于周期性地检测角位移和角速度。将之与直流伺服电机相联。结合具体的应用环境与需求,直流伺服电机也可以加装起到减速增力作用的行星减速箱,共同起到动力输出的作用。而后通过小齿轮与中心齿轮的咬合,以正齿轮传动方式来实现系统的减速增力功能。

断电制动器的结构设计也是中轴传动方案中的关键,断电制动器有两方面的作用,首先在旋转模块进行位置搜索时能够起到保持作用,其次,在旋转模块因故失去电源之后也能发挥保护的功能。在中轴中,当旋转单元加电,并处于转动状态的时候,断电制动单元便会随着系统的小齿轮单元传递过来的中心齿轮作用而转动,而在断电制动器运动的时候,其输出轴的动力也来自小齿轮单元。在本文所涉及的机械臂中,电机与制动器全部布置于电机底座,并且将电机底也作为旋转单元外壳的一部分,其好处在于保护内部零部件。

以上就是小编给大家介绍的机械手臂旋转关节设计以及设计方案,将这些设计方案融入到机械手臂中,会让机械手臂更将便捷灵活,广泛应用哦。

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