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1、七自由度柔性機械臂機構(gòu)說明
設(shè)計目標(biāo)
由于人工成本的不斷提升, 人們的剛性需求也不斷的擴大, 生產(chǎn)自動化越來越被人們所
重視。也是社會發(fā)展的必然。 讓機器人去完成一些高危、 骯臟、重復(fù)、精度高的工作。由此,
設(shè)計一款高精度,高靈活性的機器臂顯得更為重要。
設(shè)計的目標(biāo):高精度仿人工業(yè)機器人。
運用先進的仿生理論與柔性設(shè)計為基礎(chǔ), 設(shè)計開發(fā)用二次式運動反饋來實現(xiàn)其高精度控
制,合理的仿人機構(gòu)來完成動動。
機械臂整體設(shè)計方案
一、功能需求:滿足實現(xiàn)模仿人類手臂的基本功能,
自由度包括手臂的肩部的抬起,擺動,旋轉(zhuǎn),肘部的彎曲,腕部的旋轉(zhuǎn),彎曲,擺動共 個自由度。(圖一)
2、
圖一 圖二
二、優(yōu)化后確定的構(gòu)型:
自由度包括手臂的肩部的擺動,抬起,大臂旋轉(zhuǎn),肘部的彎曲,小臂的旋轉(zhuǎn),腕部的彎曲, 擺動共7個自由度。(圖二)
、驅(qū)動模塊示意設(shè)計:(圖三) 胡克定律是力學(xué)基本定律之一。適用于一切固體材料的彈性定律,它指出:在彈性限度內(nèi),
在彈性材料在彈性限度內(nèi)
物體的形變跟引起形變的外力成正比。 這樣增加了力的反饋測量。
形變時,測得其形變量,從而計算出受力與關(guān)節(jié)下方所處的位置。
的更前電機
1.先進行測試
圖三
四、機械臂的具體設(shè)計方案, (圖四)
五、各關(guān)節(jié)的受力分析: 基本尺寸圖(圖五)
L1=426mm, L2=2
3、93mm,
六、馬達的初選
諧波減速器的優(yōu)點:
Harmonic減速器結(jié)構(gòu)簡單,體積小,重量輕、嚙合的齒數(shù)多、承載能力大、運動精度
高、運動平穩(wěn)、間隙可以調(diào)整、傳動效率高、同軸性好、可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動及動力。
瑞士 Max on電機優(yōu)點:
軸向竄動和徑向跳動小、 溫度范圍大、回差小等,并且電機型號全編碼器與抱閘與控制器配
套全面。
瑞士 Max on電機與日本Harmo nic諧波減速器選型需求
示例圖片:
圖六
馬達 1: EC90flat 90W 扭力:4.67 nm 0.387nm ;轉(zhuǎn)速:3190rpm ;重量:648g
減速器1 : CSG-25-160
4、減速比:1:160 ;最大扭力:314nm ;正常:176nm ;重量:420g 馬達 2: EC-4pole max30 200W 扭力:3.18 nm 0.112nm ;轉(zhuǎn)速:17000rpm ;重量:300g 減速器2 : CSG-25-160減速比:1:160 ;最大扭力:314nm ;正常:176nm ;重量:420g 馬達 3: EC max40 170W 扭力:2.66nm0.16nm ;轉(zhuǎn)速:9840rpm ;重量:580g 減速器3: CSG-17-120減速比:1:120 ;扭力最大:112 nm ;正常:70nm;重量:150g 馬達 4: EC45flat 70W 扭力
5、:0.82nm0.13nm ;轉(zhuǎn)速:4840rpm ;重量:110g 減速器4: CSG-20-160減速比:1:160 ;最大扭力:191 nm ;正常:120nm ;重量:280g 馬達 5: EC-4pole max30 100W 扭力:1.24nm 0.0 63nm ;轉(zhuǎn)速:17800rpm ;重量:210g 減速器5: CSD SHD-17-100減速比:1:100;最大扭力:71 nm ;正常:37nm ;重量:100g 馬達 6: EC45flat 70W 扭力:0.13 nm 0.17nm ;轉(zhuǎn)速:4840rpm 重量:110g 減速器6: CSF-11-100減速比:1:10
6、0;最大扭力:25nm ;正常:11 nm ;重量:50g 馬達 7: EC-4pole max30 100W 扭力:1.24nm 0.0 63nm ;轉(zhuǎn)速:17800rpm ;重量:210g 減速器7: CSF-11-100最大扭力:25nm;正常:11 nm;重量:50g 說明:EC45flat 70W要更換為 EC-I40 70W+MR
七、受力分析:
有效扭力計算公式:(堵轉(zhuǎn)-連續(xù))*0.3+連續(xù)
質(zhì)量分配:
設(shè)大臂小臂均為,外徑D=110mm,假設(shè)主體為外壁壁厚為 L=5mm的鋁殼,長度為H=250mm ,
則體積為:412cm3,鋁的密度2.7g/cm3,外殼質(zhì)量為1.1
7、kg
大臂部分質(zhì)量有馬達 3 (580g)減速器(150g),外殼(1.1kg);小臂部分有馬達 4567 ( 110g,
210g, 110g, 210g),減速器 4567 (280g, 100g, 50g, 50g),外殼(1.1kg);
手部主要是靈巧手的質(zhì)量設(shè)為 1kg;外加假設(shè)載荷6kg。
質(zhì)量分配示意圖如:圖七
L4
G2
G3
圖七
則可得 G1=0.58+0.15+1.1=1.83kg;
圖五
G2= (0.11+0.21+0.11+0.21 ) + (0.28+0.1+0.05+0.05) +1.1 =2.22kg
G3=1+6=7kg
則大
8、臂最大轉(zhuǎn)動慣量 大臂 M仁g*G1*L4/2=9.8*1.83*0.442 /2=3.96nm
小臂 M2= g*G2*L2/2=9.8*2.22*0.293 /2=3.19nm
手 M3= g*G3*L3=9.8*7*0.108=7.55nm
總慣量為 大臂處 M1 總=M1+ g*G2* ( L22+L4) + g*G3* ( L3+L2+L4
=3.96+9.8*2.22* ( 0.2932+0.442)+9.8*7* ( 0.108+0.293+0.442) =3.96+12.8+57.83
=74.59nm
小臂處 M2 總=M2+ g*G3* ( L3+L2)=3.19
9、+9.8*7* ( 0.108+0.293)=30.70nm
八、馬達型號確認(rèn):
馬達1:扭力:4.67 nm 0.387nm ,減速比:1:160,最大扭力:314nm ;正常:176nm ; 則扭矩為,747nm, 61.92nm 包含M1總的74.59nm
馬達2:扭力:3.18 nm 0.112nm ;減速比:1:160最大扭力:314nm ;正常:176nm ;
則扭矩為,190.8nm , 17.92nm 包含 M1 總的 74.59nm
馬達3:扭力:2.66nm0.16nm ;減速比:1:120;最大扭力:112nm ;正常:70nm ; 則扭矩為,319.2nm,
10、19.2nm 包含 M2 總 30.70nm
馬達4:扭力:0.82nm0.13nm ;減速比:1:160 ;最大扭力:191 nm ;正常:120nm ; 則扭矩為,131.2nm, 20.8nm 包含 M2 總 30.70nm
馬達5:扭力:1.24nm 0.063nm ;減速比:1:100;最大扭力:71nm;正常:37nm; 則扭矩為,124nm,6.3nm 包含 M3, 7.55nm
馬達6:扭力:0.82nm0.13nm ;減速比:1:100 ;最大扭力:25nm ;正常:11nm ;
則扭矩為,82nm , 13nm 大于 M3, 7.55nm
馬達7:扭力:1.24n
11、m 0.0 63nm ;減速比:1:100 ;最大扭力:25nm ;正常:11 nm ;
則扭矩為,124nm , 6.3nm 包含 M3, 7.55nm
結(jié)論:馬達參數(shù)沒有異常。
馬達報價:
馬達一 EC90flat 90W+HEDL5540 公開單價 5982rmb CSG-25-160-2A-GR 公開單價 13246rmb 馬達二 EC-4pole max30 200W+MR 公開單價 7372rmb CSG-25-160-2A-GR 公開單價 13246rmb 馬達三 EC40 170W+HEDL5540公開單價 6259rmb CSG-17-120-2A-R 公開單價 92
12、38RMB 馬達四 EC45flat 70W (最好用 EC-I40 70W+MR)公開單價 4302rmb CSG-20-160-2A-GR 公開 單價 11019rmb
馬達五 EC40 170W+HEDL5540公開單價 6259rmb CSD SHD-17-100-2A-R 公開單價 8393RMB 馬達六 EC45flat 70W (最好用 EC-I40 70W+MR)公開單價 4302rmb CSF-11-100-2A-R 公開 單價 5308RMB
馬達七 EC-4pole max30 100W+MR 公開單價 6587rmb CSF-11-100-2A-R 公開單價 530
13、8rmb 電機是1-4臺的價格,大概有7個點幅度,諧波需要和日本確認(rèn)后,日本才能給我們正式 offer,我給你的價格是我別的項目時 價格,作為參考,一般有10個點的浮動
如果電單套數(shù)量5臺,公開價還要低
Harm on ic
九、各運動角度計算:
序號
名稱
角度大小a
角度范圍3
備注
①
肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)
180°
14、°
外向內(nèi)
④
肘關(guān)節(jié)
120°
15、
臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié) 7,關(guān)節(jié)四彈性材料 8,關(guān)節(jié)五 9關(guān)節(jié)六彈性材料 10,關(guān)節(jié)六連桿 11,
關(guān)節(jié)七 12,關(guān)節(jié)七彈性材料
整體圖
與身體連接法蘭
軸承固定零件
柔性材料腔體
抬大臂活動連桿
柔性材料驅(qū)動
抬臂柔性材料腔體
16、
t 11
1 ?
大臂下軸承固定零件
手腕連桿
手腕萬向節(jié)
Csd-25-160諧波減速器
2. 三自由度平臺
2.15號測試平臺方案)
3. 先做一個剛性的測試平臺(零件、兩個方案、電機驅(qū)動、
4. 結(jié)構(gòu)發(fā)給老師(動力分析建模)
5. 提供彈性系數(shù)、負(fù)載、
6. 整個機構(gòu)的零件質(zhì)量(動量)與尺寸(力臂)提供模型給?
7. 電機、減速機、編碼器
8. 方案細(xì)化
9. 節(jié)前去采購電機 maxon ,(編碼盤)增量式兩套。
10. 成本核算 -蔡
11. 外觀設(shè)計 2 月 15 號之前完成
12. 外觀設(shè)計完成后( 2 月 15 號左右)再討論一次
13.