机械臂的设计标准---高刚度及高密度..doc

机械臂的设计标准---高刚度及高密度 卡里姆 阿卜杜勒—马利克，美国爱荷华大学，艾奥瓦城，爱荷华州，伯顿保罗，宾夕法尼亚大学，费城，宾夕法尼亚州 摘要 一个六自由度的高精度机械手设计部分已能实现。这种机械手（被称为UTI臂）由四个旋转关节和两个棱柱关节组成。这种机械手的机械设计目的是为了获取高精度，高刚度和高密度的链接。对机械元件的预应力是为了使得强度与刚度相匹配。在拉伸载荷下的链接是实验是为了增强弯曲刚度。在过去，研究人员已经报道效率低下的柱状节理是由于他的高度规则性。与均匀的薄壁管相比在此使用的棱柱关节设计提供了一个各向同性，较高的抗弯刚度及在扭转刚度上相对低的损耗。实验已经验证了这种理论通过计算关节的扭转刚度。一种有限元模型也被使用于该模型，手臂机械设计的详细介绍是通过棱柱形的接头通过观察横截面和预应力的效果。 关键词 机械手设计；结构刚度；机器人设计；机器人 介绍 刚性连接的机械臂要求重量轻，刚度结构实现高精度和低惯量。尽管转动关节的分析与合成在文献中得以解决。柱状节理尚未引起极大的关注由于在设计和制造方面的相对困难。 通用手册为了帮助机械手的设计在已存在的文献中，而且其他作品的列表设计标准也有很多。灵活的设计机制也应被提出。机械手的链接刚度分析可能被Rivin，Dukovski和王所发现。早在1979年，计算机辅助设计的程序已被应用于设计中。优化技术和校准技术已被用于纠正错误的准确性。被动引力补偿也已被弥敦道和库马尔解决。最近，许多系列的机器人采用分析标准设计机器人技术设计。犹他州/麻省理工学院机械手，WAMS系统是两个这样的例子。其他机器人设计师们试图系统的发展分析设计标准作为设计的重要组成部分。举个例子，Fresonke，埃尔南德斯和特萨已经设立了分析标准对于系列机器人的变形预测。轩尼诗等已经证明设计了一个轻型机械臂，当威廉姆斯，洛杉矶和Bulca已经展示设计的六轴机器人手臂的各向同性。Rivin已经比较了一系列结构材料被使用于机械手臂并且已经研究了关键设计组件。机械手设计方面的独特部分可以在美国专利中找到，诸如雷诺，菲利普斯和通用汽车。最近，模块化设计已经出现在那些可以获得复杂结构的地方。对机械手的共同发展的方法由吴，Hwang，和Chladek提出，而容错机械臂的设计是由Paredis和科斯拉解决。 在这篇论文中，UTI臂结构设计的方面被提出。操作器臂部的柱状节理是基于一个连接的横截面设计，这提供一种高刚度的，高质量密度与带有一中空的圆形横截面相比。手臂的机械设计将首要被解决，其次是预应力的效果。柱状节理刚度和对试验的比较以及对那些管状关节的理论结果的呈现。手臂，调节器，接口的详细设计总体能被找到在阿卜杜勒—马利克的相关美国专利中。 一个完整的，详细描述的手臂将首要介绍。对于选择链接横截面的分析标准在机械手的使用将被使用与棱柱关节来被实现。对近似偏转的横截面数学公式将被建议衍生。该剖面与轮比较，空心部分通常使用在机械手的连接处。这将所示，一个重要的增益在弯曲刚度上的可以得到与抗扭刚度相似的轻微损失。其他数学标准在张力预加载的数量能维持较高的弯曲载荷，将发展和证明通过实验的结果。 UTI臂的描述 本节介绍UTI臂鉴于其机械设计和装配。每个关节将被单独解决，尽管腕关节（包括三个自由度）被处理为一个整体。 UTI臂的运动骨架 图1示出了简化的UTI臂的运动学骨架。机械臂包括6个移动链接（被称为链接1至6），并且一个固定链接（链接0）。最终效应（对象持有人，夹具）被固定于链6的尾端。联合1是移动的包含垂直运动（d1），联合2是公转θ2，联合3是棱柱包括水平方向运动（d3），联合4,5和6是公转并给出了符号θ4，θ5，和θ6.最后三个关节相交于一点被称为腕关节点，它能模拟一个球形的手腕。 装配设计 为了简化即将进行的讨论，电脑提供手臂的实体模型，如图2.为了清楚起见，图中部分引用随后的详细数字。 链接0由三个平行轴固定于基础，定点位于等边三角形的中心。链接1包括三个内管结构，垂直于链接0被用为作为指南，然后形成链接1.固定连接1连接6个球花键，如图3所示，紧固到所述套管有两个紧缩板A和B，（推力板A和B如图3）.滚珠花键轴套被施加预应力，且球花键轴内运行。连杆1的内管包括三个部分，（a）内管A，（b）齿圈固定管A，且（c）内管B。接头1和2的分解视图，如图3所示。链接0由固定于基座上的三个平行轴组成。各中心位于等边三角形的各顶点上。链接1包含内管结构。 联合1 联合1，在图3显示，通过导线驱动螺钉，位于基本三角形的中心（一根位于三角形顶点处的花轴键）。 一个循环螺母滚珠（图中未示出）依附于内管结构，沿着导罗管垂直运动。丝杆先预