自驱动关节臂坐标测量机双关节模组结构设计与优化

由模块化单关节构成的六自由度自驱动关节臂坐标测量机存在运动学求逆解困难、制造与安装误差大等问题,难以满足测量机高精度、低误差的测量需求。通过分析自驱动关节臂坐标测量机的工作原理和技术要求,提出双关节的设计指标,设计了一种集俯仰和旋转于一体的新型双关节模组,关节采用电机驱动、减速器输出和制动器保护的传动方案,对模组内部关键零部件进行选型和设计,并在SolidWorks软件中对双关节模组进行结构组装。利用ANSYS Workbench软件对双关节模组进行结构静态变形与双轴垂直度分析,并对关节外壳、端盖等部件进行结构优化。结果表明,双关节模组最大静力变形为0.02208mm,结构柔性变形为0.011029mm,关节主轴间垂直度误差为7.2″,优化后的关节外壳和端盖体积分别减少了9%和12%,满足双关节刚度和精度的设计要求。

机器人一体化关节模组驱控系统设计

机器人关节模组作为机器人的核心零/部件,需要满足高精度、高可靠性的要求,但由于体积、成本的制约,加大了其设计难度。设计了一种高度集成的一体化关节模组及其驱控系统,在满足“轻、薄”的机械结构设计要求基础上,重点进行了驱控系统软硬件设计开发。采用TMS320F28379D芯片为主控芯片,设计了驱控系统硬件电路,在此基础上完成了软件算法的设计。实验结果表明,所设计的一体化关节模组结构紧凑、集成化程度高且运转平稳,可以快速应用于机器人设计开发。

特种机器人关节模组设计及辐射防护

随着核工业的快速发展以及核安全要求的日益提高,特种机器人的需求也持续增大。关节模组作为特种机器人的动力来源,是其最核心的集成部件。设计了一种可应用于核环境下的特种机器人关节模组结构模型,针对核环境中的γ射线辐射问题,采用主动与被动的方式对关节模组进行辐照加固,筛选耐辐射电子器件设计驱动器,一体化紧密式排布安装驱动器与电机等部件,提高空间利用率和整体耐辐射性能。基于蒙特卡罗方法MCNP程序模拟研究了铅、钨等重金属及合金对γ射线的屏蔽性能,选出合适屏蔽材料对关节模组驱动器屏蔽加固。对关节模组进行辐射实验,结果表明,经辐射加固后的关节模组在承受600 Gy的辐射剂量后仍然能正常运行,提高了关节模组耐辐射能力,对研制核环境下特种机器人具有重要意义。

基于尺度律的轻量化协作机器人关节传动系统优化选型

协作机器人关节是协作机器人总重量的主要来源,其核心部分是由电机和谐波减速器组成的传动系统,决定着整个关节的重量和性能。实现关节轻量化设计的关键是对电机和减速器进行优化选型。为了解决协作机器人结构笨重、功耗高等问题,提出了一种基于尺度律的关节传动系统的优化选型方法。首先,建立了关节传动系统的动态模型,并确定了电机和减速器的选择条件;然后,构建了以电机和减速器重量最小化为目标的优化函数;因所提出的优化函数涉及众多参数,需要首先对其进行简化,据此提出了一种尺度律的方法,将优化函数简化为仅由电机堵转转矩和减速比两个参数组成,并用电机和减速器实际数据对尺度律的正确性进行了验证;最后,为了对基于尺度律的优化选型方法的有效性进行验证,参照市售的机器人关节性能参数,分别进行了仿真实验和实际试验,并完成了最终的关节设计。研究结果表明:在仿真实验中,采用该选型方法得到的电机和减速器重量相较于关节原始设计重量减轻了约20%,从而验证了该方法的有效性;在实际的选型试验中,选型得到的电机和减速器的总重量相较于原始设计减轻了18%,从而进一步验证了该方法可以满足关节轻量化的设计要求。

自驱动关节臂坐标测量机测控系统

为了使关节臂坐标测量机满足在线、自动批量和智能测量的需求,提出研究自驱动关节臂坐标测量机,研究了其测控系统。系统以计算机作为控制器,与6个驱动关节及触发测量电路等组建硬件系统,软件采用状态机与事件结构相结合的结构框架设计,实现自驱动关节臂坐标测量机的运动控制和规划路径采样点自动数据采集。搭建实验系统对测量机进行测试实验,实验结果表明,在测控系统支持下自驱动关节臂坐标测量机运行平稳,测量机测量小尺寸球的重复性误差为0.038 mm、测量较大尺寸量块的重复性误差为0.192 mm(k=2)。测控系统的研究为自驱动关节臂坐标测量机标定技术、误差分析及应用研究奠定了基础。

谐波齿轮内嵌力矩传感器设计

为获取关节级精确输出力矩值,方便实现机器人关节力控,提出一种内嵌于谐波齿轮的力矩传感器设计方案,可有效减少关节模组设计尺寸及质量.采用四对对称分布的应变片粘贴于柔轮底部,提出一种基于激光打点的精确定位方式,以提高应变片定位精度;同时利用卡尔曼滤波方法降低应变片输出信号中转矩脉动干扰;最后,通过样机试制获得试验测试结果,并推导出柔轮力矩与关节输出力矩关系.经优化设计后,内嵌式力矩传感器静态时均方根误差为1.04%,动态时均方根误差为1.27%,具备测量关节模组末端输出力矩的能力.