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)原理圖見下圖。圖配重平衡機(jī)構(gòu)原理圖圖中m一機(jī)器人手臂的質(zhì)量i一機(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一力臂與水平面夾角M一配重質(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)中心在同一直線上，不平衡力R1, R2, R3配重平衡力矩C = Mgl cos y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

2、C比較小的情況下采用這種平衡機(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一機(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一彈簧在關(guān)節(jié)軸座上方安裝點(diǎn)Y相對(duì)關(guān)節(jié)軸中心0的偏心距離r一機(jī)器人手臂與水平面的夾角i一機(jī)器人手臂質(zhì)量中心至關(guān)節(jié)軸心0的距離 = C 一 C2式中C1-臂的靜不平衡力矩C = mgl cos yC2-臂的慣性力矩C = I 2I一臂對(duì)于關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 一臂運(yùn)動(dòng)的平均加速度彈簧的

3、平衡力矩 TOC o 1-5 h z C = ki e ( 1 一 . )cosye 2 +1 2 一 2el sin y(1)靜平衡條件即rd Kl e 1 一 C0S Y*Je2 +12 2elsin y /=mgl cos y因?yàn)閑所以，可近似認(rèn)為S +12 一 2el sin y r l這樣，靜平衡條件式可簡(jiǎn)化為Ke （尸- R ） =mgl如果能滿足這一平衡條件，則大臂在y=090及90180時(shí)，基本上都能保持平衡，殘余不平衡力矩很小。（2）動(dòng)平衡條件C = C + C2即Ke （l R ）cos y = mgl cos y +1 s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)，

4、每根彈簧只平衡不平衡力矩的一半。1如果每根彈簧的剛度為k，則k = -K。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（見圖）及HRGH-2型機(jī)器人（見圖），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 = Fle1C = Flecos y*(尸 cos y+ (sin y e)2不平衡力矩C = C1 + C2(1)靜平衡條件C = C1圖活塞推桿平衡機(jī)構(gòu)原理圖即 Fi，卜.-=mgl(/cosy)2 + (lsiny -e)2當(dāng) (cosy)2 + (lsiny -e)2 = l時(shí)y 0oC = Fe這時(shí)，靜平衡條件為Fe = mgl(1)動(dòng)平衡條件C = C + C2Fl e1cos y = mgl cos y +1 ：(l cos y )2 + (e -1 sin