机器人旋转驱动机构
时间:2016-01-02 09:33 来源:自动控制网
| 1. 齿轮链 齿轮链是由两个或两个以上的齿轮组成的传动机构。它不但可以传递运动角位移和角速度, 而且可以传递力和力矩。 现以具有两个齿轮的齿轮链为例, 说明其传动转换关系。其中一个齿轮装在输入轴上, 另一个齿轮装在输出轴上, 如图1所示。  图1 齿轮链机构 使用齿轮链机构应注意两个问题。一是齿轮链的引入会改变系统的等效转动惯量, 从而使驱动电机的响应时间减小, 这样伺服系统就更加容易控制。输出轴转动惯量转换到驱动电机上, 等效转动惯量的下降与输入输出齿轮齿数的平方成正比。 二是在引入齿轮链的同时, 由于齿轮间隙误差, 将会导致机器人手臂的定位误差增加; 而且, 假如不采取一些补救措施, 齿隙误差还会引起伺服系统的不稳定性。 通常， 齿轮链转动有以下几种类型， 如图2所示。 其中圆柱齿轮的传动效率约为90%， 因为结构简单， 传动效率高，圆柱齿轮在机器人设计中最常见； 斜齿轮传动效率约为80%， 斜齿轮可以改变输出轴方向； 锥齿轮传动效率约为70%， 锥齿轮可以使输入轴与输出轴不在同一个平面， 传动效率低； 蜗轮蜗杆传动效率约为70%，蜗轮蜗杆机构的传动比大， 传动平稳， 可实现自锁， 但传动效率低， 制造成本高， 需要润滑； 行星轮系传动效率约为80%，传动比大， 但结构复杂。  图2 常用的齿轮链 (a) 圆柱齿轮; (b) 斜齿轮; (c) 锥齿轮; (d) 蜗轮蜗杆; (e) 行星轮系 2. 同步皮带 同步皮带类似于工厂的风扇皮带和其他传动皮带, 所不同的是这种皮带上具有许多型齿, 它们和同样具有型齿的同步皮带轮齿相啮合。 工作时, 它们相当于柔软的齿轮, 具有柔性好, 价格便宜两大优点。另外, 同步皮带还被用于输入轴和输出轴方向不一致的情况。这时, 只要同步皮带足够长,使皮带的扭角误差不太大, 则同步皮带仍能够正常工作。在伺服系统中, 如果输出轴的位置采用码盘测量, 则输入传动的同步皮带可以放在伺服环外面, 这对系统的定位精度和重复性不会有影响, 重复精度可以达到1 mm以内。 此外, 同步皮带比齿轮链价格低得多, 加工也容易得多。 有时, 齿轮链和同步皮带结合起来使用更为方便。 3. 谐波齿轮 虽然谐波齿轮已问世多年, 但直到最近人们才开始广泛地使用它。 目前, 机器人的旋转关节有60％～70％都使用谐波齿轮。 谐波齿轮传动机构由刚性齿轮、 谐波发生器和柔性齿轮三个主要零件组成, 如图3所示。 工作时, 刚性齿轮固定安装, 各齿均布于圆周, 具有外齿形的柔性齿轮沿刚性齿轮的内齿转动。柔性齿轮比刚性齿轮少两个齿, 所以柔性齿轮沿刚性齿轮每转一圈就反方向转过两个齿的相应转角。 谐波发生器具有椭圆形轮廓, 装在谐波发生器上的滚珠用于支承柔性齿轮, 谐波发生器驱动柔性齿轮旋转并使之发生塑性形。转动时, 柔性齿轮的椭圆形端部只有少数齿与刚性齿轮啮合, 只有这样, 柔性齿轮才能相对于刚性齿轮自由地转过一定的角度。 假设刚性齿轮有100个齿, 柔性齿轮比它少2个齿, 则当谐波发生器转50圈时, 柔性齿轮转1圈, 这样只占用很小的空间就可得到1∶50的减速比。 由于同时啮合的齿数较多, 因此谐波发生器的力矩传递能力很强。在3个零件中, 尽管任何2个都可以选为输入元件和输出元件, 但通常总是把谐波发生器装在输入轴上, 把柔性齿轮装在输出轴上, 以获得较大的齿轮减速比。  图3 谐波齿轮传动 |
