機(jī)器人手臂的平衡機(jī)構(gòu)

1、機(jī)器人手臂的平衡機(jī)構(gòu)垂直關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂，一般都需要平衡裝置，以減小驅(qū)動(dòng)器的負(fù)荷和縮短啟動(dòng)時(shí)間。機(jī)器人所采用的平衡機(jī)構(gòu)有以下幾種：配重平衡機(jī)構(gòu)配重平衡機(jī)構(gòu)原理圖見(jiàn)下圖。Tnntar圖配重平衡機(jī)構(gòu)原理圖圖中m機(jī)器人手臂的質(zhì)量i機(jī)器人手臂質(zhì)量中心與關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)中心之間的距離r力臂與水平面夾角M配重質(zhì)量一配重質(zhì)量中心至關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)中心的距離如果m與M兩個(gè)質(zhì)心與關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)中心在同一直線(xiàn)上，不平衡力R,R,R123配重平衡力矩C=Mglcos則靜力平衡條件是C=CMi=ml這種平衡裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，平衡效果好，易于調(diào)整，工作可靠，但增加了機(jī)器人手臂的慣量與關(guān)節(jié)軸的載荷。一般在機(jī)器人手臂的不平衡力矩C比較小的情況下采用這

2、種平衡機(jī)構(gòu)。下圖為垂直關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂配重平衡結(jié)構(gòu)實(shí)例。圖垂直關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂平衡結(jié)構(gòu)1電機(jī)2配重3絲杠彈簧平衡機(jī)構(gòu)彈簧平衡機(jī)構(gòu)及其工作原理，如下圖所示。設(shè)：K為彈簧剛度，R為彈簧自由長(zhǎng)度（RL-e），臂的不平衡力矩圖彈簧平衡機(jī)構(gòu)原理圖m機(jī)器人手臂不平衡質(zhì)量一彈簧在力臂上安裝點(diǎn)至關(guān)節(jié)軸心0的距離e彈簧在關(guān)節(jié)軸座上方安裝點(diǎn)Y相對(duì)關(guān)節(jié)軸中心O的偏心距離r一機(jī)器人手臂與水平面的夾角|機(jī)器人手臂質(zhì)量中心至關(guān)節(jié)軸心0的距離cCC12式中C1-臂的靜不平衡力矩Cmglcos,1C2-臂的慣性力矩CI2I臂對(duì)于關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量臂運(yùn)動(dòng)的平均加速度彈簧的平衡力矩C=kie(R(1)靜平衡條件C=kie(R(1)靜平

3、衡條件Kle(1cos,=mglcos,因?yàn)閑所以，可近似認(rèn)為e2+12一2elsin,l這樣，靜平衡條件式可簡(jiǎn)化為Ke(lR)=mgl如果能滿(mǎn)足這一平衡條件，則大臂在,=090及90180時(shí)，基本上都能保持平衡，殘余不平衡力矩很小。OOO(2)動(dòng)平衡條件C=C+C12Ke(lR)cos,=mglcos,+1s一般大臂的平衡彈簧設(shè)有兩個(gè)，安裝在機(jī)器人臂的兩側(cè)，每根彈簧只平衡不平衡力矩的一半。如果每根彈簧的剛度為k,則k=2k。這種彈簧平衡機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、工作可靠、平衡效果好，易維修，因此應(yīng)用十分廣泛。例如上海III號(hào)機(jī)器人(見(jiàn)圖)及HRGH2型機(jī)器人(見(jiàn)圖)，都是采用彈簧平衡機(jī)構(gòu)?；钊茥U平衡機(jī)構(gòu)活塞推桿平衡機(jī)構(gòu)原理圖見(jiàn)圖。圖中F為活塞推力,F為衡定值。平衡力矩c按下式計(jì)算C=Flecos,(lcos,)2+(lsin,e)2不平衡力矩C=C+C121）靜平衡條件CC1CC1圖活塞推桿平衡機(jī)構(gòu)原理圖Flemgl(lcosy)2,(lsiny-e)2當(dāng)(lcosy)2,(lsiny-e)2=l時(shí)y0這時(shí)，靜平衡條件為C=F0這時(shí)，靜平衡條件為Fe=mgl1）動(dòng)平衡條件C=C+C12Fle1Fle(lcosy)2,(e-1siny)2活塞式平