先進制造技术实验指导书.doc

实验一 机器人的结构 一、实验目的： 1、了解机器人机械系统的组成； 2、了解机器人机械系统各部分的原理及作用； 3、掌握机器人单轴运动的方法； 二、实验设备： 1、RBT－6T/S02S教学机器人一台； 2、RBT－6T/S02S教学机器人控制系统软件一套； 3、装有运动控制卡的计算机一台。 三、实验原理： 图2-1 机器人传动简图 RBT－6T/S02S六自由度教学机器人机械系统主要由以下几大部分组成：原动部件、传动部件、执行部件。基本机械结构连接方式为原动部件—传动部件—执行部件。机器人的传动简图如图2-1所示。 Ⅰ关节传动链主要由伺服电机、同步带、减速器构成，Ⅱ关节传动链由伺服电机、减速器构成，Ⅲ关节传动链主要由步进电机、同步带、减速器构成，Ⅳ关节传动链主要由步进电机、减速器构成，Ⅴ关节传动链主要由步进电机、同步带、减速器构成, Ⅵ关节传动链主要由步进电机、同步带、锥齿轮、减速器构成在机器人末端还有一个气动的夹持器。 本机器人中，原动部件包括步进电机和伺服电机两大类，关节Ⅰ、Ⅱ采用交流伺服电机驱动方式；关节Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ采用步进电机驱动方式。本机器人中采用了带传动、谐波减速传动、锥齿轮传动三种传动方式。执行部件采用了气动手爪机构，以完成抓取作业。 四、实验步骤： 下面对在RBT－6T/S02S六自由度教学机器人中采用的各传动部件的工作原理及特点作以简要介绍。 1、同步齿型带传动 同步齿型带传动是通过带齿与轮齿的啮合传递运动和动力，如图2－2所示。与摩擦型带传动相比，同步带传动兼有带传动、链传动和齿轮传动的一些特点。与一般带传动相比具有以下特点：1. 传动比准确，同步带传动是啮合传动，工作时无滑动；2. 传动效率高，可达98%以上，节能效果明显；3. 不需依靠摩擦传动，预紧张力小，对轴和轴承的作用力小，带轮直径小，所占空间小，重量轻，结构紧凑；4. 传动平稳，动态特性良好，能吸振，噪音小；5. 齿型带较薄，允许线速度高，可达50m/s；6. 使用广泛，传递功率由几瓦至数千瓦，速比可达10左右；7. 使用保养方便，不需要润滑，耐油、耐磨性和抗老化好，还能在高温、灰尘、水及腐蚀介质等恶劣环境中工作；8. 安装要求较高，两带轮轴心线平行度要高，中心距要求严格；9. 带和带轮的制造工艺复杂、成本高。尽管如此，同步带传动不失为一种十分经济的传动装置，现已广泛用于要求精密定位的各种机械传动中。 2、谐波传动 谐波齿轮传动由三个基本构件组成谐波发生器（简称波发生器）是凸轮（通常为椭圆形）及薄壁轴承组成，随着凸轮转动，薄壁轴承的外环作椭圆形变形运动（弹性范围内）。刚轮是刚性的内齿轮。柔轮是薄壳形元件，具有弹性的外齿轮。以上三个构件可以任意固定一个，成为减速传动及增速传动或者发生器、刚轮主动，柔轮从动，成为差动机构（即转动的代数合成）。谐波传动工作过程如下图：当波发生器为主动时，凸轮在柔轮内转动，使柔轮及薄壁轴承发生变形（可控的弹性变形），这时柔轮的齿就在变形的过程中进入（啮合）或退出（啮）刚轮的齿间，在波发生器的长轴处处于完全啮合，而短轴方向的齿就处完全的脱开。波发生器通常椭圆形的凸轮，凸轮薄壁轴承内薄壁轴承柔轮内此时柔轮由原来的圆形而变成椭圆形，椭圆长轴两端的柔轮与之配合的刚轮齿则处于完全啮合状态，即柔轮的外齿与刚轮的内齿沿齿高啮合。这是啮合区，一般有30%左右的齿处在啮合状态；椭圆短轴两端的柔轮齿与刚轮齿处于完全脱开状态，简称脱开；在波发生器长轴和短轴之间的柔轮齿，沿柔轮周长的不同区段内，有的逐渐退出刚轮齿间，处在半脱开状态，称之为啮出有的逐渐刚轮齿间，处在半状态，称之为啮波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入—啮合—啮出—脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态。这种现象称之错齿运动，正是这一错齿运动，减速器可将输入的高速转动变为输出的低速转动。对于双波发生器的谐波齿轮传动，当波发生器顺时针转动1/8周时，柔轮齿与刚轮齿就由原来的啮入状态而成啮合状态，而原来脱开状态就成为啮入状态。同样道理，啮出变为脱开，啮合变为啮出，这样柔轮相对刚轮转动（角位移）了1/4齿；同理，波发生器再转动1/8周时，重复上述过程，这时柔轮位移一个齿距。依此类推，波发生器相对刚轮转动一周时，柔轮相对刚轮的位移为两个齿距。柔轮齿和刚轮齿在节圆处啮合过程就如同两个纯滚动（无滑动）的圆环一样，两者在任何瞬间，在节圆上转过的弧长必须相等。由于柔轮比刚轮在节圆周长上少了两个齿距，所以柔轮在啮合过程中，就必须相对刚轮转过两个齿距的角位移，这个角位移正是减速器输出轴的转动，从而实现了减速的目的。波发生器的连续转动，迫使柔轮上的一点不断的改变位置，这时在柔轮的节圆的任一点，随着波发生器角位移的过程，