机器人腰转传动中消隙设计

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4.2设计步骤
• 已知条件：QZD-08串励直流电动机，功率800W,
转速1750r／min，主动轮： 1=25，b =30mm， Z m=2mm；轮毂直径为34mm，材料45号钢；从动 Z 轮： 2 =100，b=24mm，齿根圆直径 d f=195mm， 2 具体设计如下： 拉簧的外径D应控制在（195-34）／2=80.5mm 范围内，拉簧轴线至齿轮轴线距离应为 H=34／2+80.5／2=57.25mm左右，定H=57mm。
• 关键词：机器人，总体设计，腰部结构设计，消隙设计
Abstract
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In order to increase robot‘s transmission precision, meets the practical work needs, this topic carried on to his/her the waist transmission has disappeared the crack design. According to robot’s work requirement and the unique feature, have carried on robot‘s system design, had determined robot’s external dimensions and the working space, have drawn up the robot various joints‘ overall transmission plan, has carried on the detailed design to the robot waist joint structure, has arranged the electrical machinery and the gear reasonably, had determined all levels of transmission parameter, distinguished the counter gear and the axis has carried on the detailed design calculation and has carried on the examination. Finally used the biplate thin gear wrong tooth to adjust the crack law to carry on to his/her the waist transmission has disappeared the crack design, the guarantee transmission accuracy. It in the structure simple, the efficiency also has provided the convenient condition for it in the later promotion and the application。
• 本课题的机器人将采用直流伺服电动机。
• 2.2机器人本体结构设计 • 3 机器人腰部结构设计 • 3.1 电机的选择 • 3.2计算传动装置的总传动比和分配各级
传动比 • 3.3轴的设计计算 • 3.4确定齿轮的参数
4 拉簧消隙设计
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消隙齿轮传动中的间隙是指消除齿轮传动中的齿侧间隙，理论上 一对齿轮在啮合时应该无侧隙，但实际上为了补偿由于制造、安装误 差及温度变化而引起的尺寸变化，以防止被卡死，在轮齿非工作面间 必须有一定的齿侧间隙，此间隙在进给系统反向时就会产生空程误差， 为了减小或消除空程误差，可以在结构上采取措施。目前常用的方法 有调整中心距法、轴向调整法和双片薄齿轮错齿调隙法。其中双片薄 齿轮错齿调隙法是目前实践中行之有效的方法。该方法将一对齿轮的 从动轮做成二个薄片（见图4-1），其中片1固定在轴上，另片2套在 该齿轮的轮毂上，两片薄齿轮上分别装有凸耳4和5，应用拉簧3，把 拉簧的一端钩在凸耳4上，另一端钩在螺钉6上，螺母7用来调节螺钉6 的伸出长度和锁紧，此结构利用了拉簧的张力，使薄片齿轮的齿左侧 和另一个薄片齿轮的齿右侧，分别贴紧在宽齿轮的齿槽左、右两侧。 这样错齿后就消除了齿侧间隙，反向时不会产生空程误差。
图4-1 双片薄齿轮消隙结构示意图 1，2—双片薄齿轮；3—消隙拉簧:4,5—凸耳；6—螺钉；7—螺母
4.1 消隙拉簧设计原则
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消隙拉簧在双片薄齿轮消隙结构中的作用是， 利用拉簧在变形后所产生的张紧力使得主、从动 齿轮在正、反转时都能互相贴紧。由于消隙拉簧 在结构中所处的位置被局限在一个环形区域内， 并且固定拉簧的零件也是处在这个环形区域内。 因此在设计中必须满足上述要求。除此之外，拉 簧设计还应满足强度条件及其他弹簧设计时应满 足的条件。 消隙拉簧的设计应从安装拉簧的齿轮结构上 入手，先要使拉簧满足结构上的要求，然后根据 设计张紧力的要求来验算拉簧的强度条件并达到 设计要求。
1 绪论
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机器人是现代一种典型的光机电一体化产品，机器人学也是当今世界极 为活跃的研究领域之一，它涉及计算机科学、机械学、电子学、自动控制、 人工智能等多个学科。 • 机器人从出现到现在的短短几十年中，已经广泛应用于国民经济的各个 领域，在现代工业生产中，机器人已经人类不可缺少的好帮手；在航空航天、 海底探险中，机器人更是能完成人类难以完成的工作。随着计算机、人工智 能和光机电一体化技术的迅速发展，机器人已不仅仅局限于工业领域的应用， 它还将发展成具有人类智能的智能型机器人，具有一定的感觉思维能力和自 主决策能力。 • 毕竟它发展的时间还太短，所以不可避免的存在一些缺陷，比如在机器 人要腰部传动中，理论上一对齿轮在啮合时应该无侧隙，但实际上为了补偿 由于制造、安装误差及温度变化而引起的尺寸变化，以防止被卡死，在轮齿 非工作面间必须有一定的齿侧间隙，此间隙在进给系统反向时就会产生空程 误差.因此通过对弹簧消隙方法的分析，明确了齿轮消隙机构的本质，即给啮 合齿轮加载力矩。基于这一原理下从而减小或消除空程误差，提高机器人传 动精度。
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d.液压伺服马达：液压伺服马达具有较大的功率/体积 比，运动比较平稳，定位精度较高，负载能力也比较大， 能够抓住重负载而不产生滑动，从体积、重量及要求的驱 动功率这几项关键技术考虑，不失为一个合适的选择方案。 但是，其费用较高，其液压系统经常出现漏油现象。为避 免本系统也出现同类问题，在可能的前提下，本系统将尽 量避免使用该种驱动方式。 常用的驱动器有电机和液压、气动驱动装置等。其中 采用电机驱动是最常用的驱动方式。电极驱动具有精度高， 可靠性好，能以较大的变速范围满足机器人应用要求等特 点。所以在这次设计中我选择了直流电机作为驱动器。因 为它具有体积小、转矩大、输出力矩和电流成比例、伺服 性能好、反应快速、功率重量比大，稳定性好等优点。
2机器人总体结构设计 2.1 确定基本技术参数 2.1.1 机械结构类型的选择
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为实现总体机构在空间的位置提供的6个自由度，可以有不同的 运动组合，根据本课题可以将其设计成以下五种方案： • a.圆柱坐标型 这种运动形式是通过一个转动，两个移动，共三个 自由度组成的运动系统，工作空间图形为圆柱型。它与直角坐标型比 较，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大。 • b.直角坐标型 直角坐标型工业机器人，其运动部分由三个相互 垂直的直线移动组成，其工作空间图形为长方体。它在各个轴向的移 动距离，可在各坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编 程计算，定位精度高、结构简单，但机体所占空间体积大、灵活性较 差。 • c.球坐标型 又称极坐标型，它由两个转动和一个直线移动所组成， 即一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动组成，其工作空间图形为一个 球形，它可以作上下俯仰运动并能够抓取地面上或较低位置的工件， 具有结构紧凑、工作空间范围大的特点，但结构复杂。
河南科技学院机电学院2009届 毕业生
论文
答辩
机器在院系：机电学院 所学专业：机电技术教育 指导老师：牛爱青
摘要
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为了提高机器人的传动精度，满足实际工作需要,本课 题对其腰部传动进行了消隙设计。根据机器人的工作要求 和结构特点，进行了机器人的总体设计，确定了机器人的 外形尺寸和工作空间，拟定了机器人各关节的总体传动方 案，对机器人腰关节结构进行了详细设计，合理布置了电 机和齿轮，确定了各级传动参数，分别对齿轮和轴进行了 详细的设计计算并进行了校核。最后用双片薄齿轮错齿调 隙法对其腰部传动进行了消隙设计，保证传动的精确性。 其在结构上的简便、经济性也为其在以后的推广和应用中 提供了便利条件。
Key word: robot, system design, waist structural design, disappears the crack to design
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目录
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1 绪论 2 机器人总体结构设计 2.1 确定基本技术参数 2.2 机器人本体结构设计 3 机器人腰部结构设计 3.1 电机的选择 3.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比 3.3 轴的设计计算 3.4 确定齿轮的参数 4 拉簧消隙设计 4.1 消隙拉簧设计原则 4.2 设计步骤 5 结论与展望
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对以上五种方案进行比较：方案一不能够完全实现本课题所要求 的动作；方案二体积大，灵活性差；方案三结构复杂；方案五无法实 现本课题的动作。结合本课题综合考虑决定采用方案四：关节型机器 人。此方案所占空间少，工作空间范围大，动作灵活，工艺操作精度 高。
2.1.2 额定负载 2.1.3 工作范围
2.1.4 操作机的驱动系统设计
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关节型机器人本体驱动系统包括驱动器和传动机构，它们常和执 行机构联成一体，驱动臂杆和载荷完成指定的运动。通常的机器人驱 动方式有以下四种: • a.步进电机：可直接实现数字控制，控制结构简单，控制性能好， 而且成本低廉；通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制。但是由 于采用开环控制，没有误差校正能力，运动精度较差，负载和冲击震 动过大时会造成“失步”现象。 • b.直流伺服电机：直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启 动力矩，相对功率大及快速响应等特点，并且控制技术成熟。其安装 维修方便，成本低。 • c.交流伺服电机：交流伺服电机结构简单，运行可靠，使用维修 方便，与步进电机相比价格要贵一些。随着可关断晶闸管GTO，大功 率晶闸管GTR和场效应管MOSFET等电力电子器件、脉冲调宽技术 (PWM)和计算机控制技术的发展，使交流伺服电机在调速性能方面可 以与直流电机媲美。采用16位CPU+32位DSP三环(位置、速度、电流) 全数字控制，增量式码盘的反馈可达到很高的精度。三倍过载输出扭 矩可以实现很大的启动功率，提供很高的响应速度。