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一篇文章就能看懂工业AGV機器人的傳动機構
發布日期:2017-12-8   浏覽次數:   作者:工业AGV機器人   来源:http://www.newicf.com
       工业AGV機器人的驅动源通過傳动部件来驅动關節的移动或轉动,從而實現機身、手臂和 手腕的運动。因此,傳动部件是構成工业機器人的重要部件。根據傳动類型的不同,傳动 部件可以分为兩大類:直線傳动機構和旋轉傳动機構。
一、直線傳动機構
       工业機器人常用的直線傳动機構可以直接由汽缸或液壓缸和活塞産生,也可以采用齒 輪齒條、滾珠絲杠螺母等傳动元件由旋轉運动轉換得到。 
1.移动關節導軌
       在運动過程中移动關節導軌可以起到保證位置精度和導向的作用。
       移动關節導軌有五種:普通滑动導軌、液壓动壓滑动導軌、液壓靜壓滑动導軌、氣浮導軌和滾动導軌。
       前兩種導軌具有結構簡單、成本低的優點,但是它必須留有間隙以便潤滑,而機器人載荷的大 小和方向變化很快,間隙的存在又将會引起坐标位置的變化和有效載荷的變化;另外,这 種導軌的摩擦系數又随着速度的變化而變化,在低速時容易産生爬行現象等缺點。
第三種靜壓導軌結構能産生預載荷,能完全消除間隙,具有高剛度、低摩擦、高阻尼等優點,但 是它需要單獨的液壓系統和回收潤滑油的機構。
第四種氣浮導軌的缺點是剛度和阻尼較低。
       目前第五種滾动導軌在工业機器人中應用最为廣泛,如圖2-15所示为包容式滾动導 軌的結構,用支承座支承,可以方便地與任何平面相連,此時套筒必須是開式的,嵌入在 滑枕中,既增強剛度也方便了與其他元件的連接。
 
2. 齒輪齒條裝置
       齒輪齒條裝置中 (圖2-16),如果齒條固定不动,當齒輪轉动時,齒輪軸連同拖闆沿 齒條方向做直線運动。这樣,齒輪的旋轉運动就轉換成拖闆的直線運动。拖闆是由導杆或 導軌支承的,該裝置的回差較大。
 
3. 滾珠絲杠與螺母
       在工业AGV機器人中经常采用滾珠絲杠,这是因为滾珠絲杠的摩擦力很小且運动響應速度 快。
       由于滾珠絲杠螺母的螺旋槽里放置了許多滾珠,絲杠在傳动過程中所受的是滾动摩擦 力,摩擦力較小,因此傳动效率高,同時可消除低速運动時的爬行現象;在裝配時施加一 定的預緊力,可消除回差。 
       如圖2-17所示滾珠絲杠螺母里的滾珠经過研磨的導槽循環往複傳遞運动與动力。滾 珠絲杠的傳动效率可以达到90%
 
4. 液 (氣)壓缸
       液 (氣)壓缸是将液壓泵 (空壓機)輸出的壓力能轉換为機械能、做直線往複運动的 執行元件,使用液 (氣)壓缸可以容易地實現直線運动。液 (氣)壓缸主要由缸筒、缸 蓋、活塞、活塞杆和密封裝置等部件構成,活塞和缸筒采用精密滑动配合,壓力油 (壓縮 空氣)從液 (氣)壓缸的一端進入,把活塞推向液 (氣)壓缸的另一端,從而實現直線運 动。通過調節進入液 (氣)壓缸液壓油 (壓縮空氣)的流动方向和流量可以控制液 (氣) 壓缸的運动方向和速度。
二、旋轉傳动機構 
       一般電动機都能夠直接産生旋轉運动,但其輸出力矩比所要求的力矩小,轉速比要求 的轉速高,因此需要采用齒輪、皮帶傳送裝置或其他運动傳动機構,把較高的轉速轉換成 較低的轉速,并獲得較大的力矩。運动的傳遞和轉換必須高效率地完成。并且不能有損于 機器人系統所需要的特性,包括定位精度、重複定位精度和可靠性等。通過下列傳动機構 可以實現運动的傳遞和轉換。
1.齒輪副
       齒輪副不但可以傳遞運动角位移和角速度,而且可以傳遞力和力矩,如圖2-18所示, 一個齒輪裝在輸入軸上,另一個齒輪裝在輸出軸上,可以得到齒輪的齒數與其轉速成反比 [式 (2-1)],輸出力矩與輸入力矩之比等于輸出齒數與輸入齒數之比 [式 (2-2)]。
 
2. 同步帶傳动裝置
       在工业AGV機器人中同步帶傳动主要用来傳遞平行軸間的運动。同步傳送帶和帶輪的接觸 面都制成相應的齒形,靠齧合傳遞功率,其傳动原理如圖2-19所示。齒的節距用包絡帶 輪時的圓節距t表示。
 
       式中:n1 为主动輪轉速 (r/min);n2 为被动輪轉速 (r/min);z1为主动輪齒數;z2 为被 动輪齒數。 
       同步帶傳动的優點:傳动時無滑动,傳动比準确,傳动平穩;速比範圍大;初始拉力 小;軸與軸承不易過載。但是,这種傳动機構的制造及安裝要求嚴格,對帶的材料要求也 較高,因而成本較高。同步帶傳动适合于電动機和高減速比減速器之間的傳动。
3. 諧波齒輪
       目前工业機器人的旋轉關節有60%~70%都使用諧波齒輪傳动。 
       諧波齒輪傳动由剛性齒輪、諧波發生器和柔性齒輪三個主要零件組成,如圖2-20所 示。
       工作時,剛性齒輪6固定安裝,各齒均布于圓周上,具有外齒圈2的柔性齒輪5沿剛 性齒輪的内齒圈3轉动。柔性齒輪比剛性齒輪少兩個齒,所以柔性齒輪沿剛性齒輪每轉一 圈就反向轉過兩個齒的相應轉角。
       諧波發生器4具有橢圓形輪廓,裝在其上的滾珠用于支 承柔性齒輪,諧波發生器驅动柔性齒輪旋轉并使之發生塑性變形。轉动時,柔性齒輪的橢圓形端部隻有少數齒與剛性齒輪齧合,隻有这樣,柔性齒輪才能相對于剛性齒輪自 由地轉過一定的角度。通常剛性齒輪固定,諧波發生器作为輸入端,柔性齒輪與輸出 軸相連。
 
       式中:z1 为柔性齒輪的齒數;z2 为剛性齒輪的齒數。假設剛性齒輪有100個齒,柔性齒 輪比它少兩個齒,則當諧波發生器轉50圈時,柔性齒輪轉1圈,这樣隻占用很小的空間 就可以得到1∶50的減速比。通常将諧波發生器裝在輸入軸,把柔性齒輪裝在輸出軸,以 獲得較大的齒輪減速比。
4. 擺線針輪傳动減速器
       擺線針輪傳动是在針擺傳动基礎上發展起来的一種 新型傳动方式,20世紀80年代日本研制出了用于機器 人關節的擺線針輪傳动減速器,圖2-21所示为擺線針輪 傳动簡圖,
 
       它由漸開線圓柱齒輪行星減速機構和擺線針 輪行星減速機構兩部分組成。漸開線行星輪6與曲柄軸 5連成一體,作为擺線針輪傳动部分的輸入。如果漸開 線中心輪7順時針旋轉,那麼,漸開線行星齒輪在公轉 的同時還逆時針自轉,并通過曲柄軸帶动擺線輪做平面 運动。此時,擺線輪因受與之齧合的針輪的約束,在其 軸線繞針輪軸線公轉的同時,還将反方向自轉,即順時 針轉动。同時,它通過曲柄軸推动行星架輸出機構順時針轉动。
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