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实验二 机器人的机械系统 2.1、实验目的 1、了解机器人机械系统的组成； 2、了解机器人机械系统各部分的原理及作用； 3、掌握机器人单模块运动的方法。 2．2试验设备 1、模块化机器人一台； 2、模块化机器人控制箱一台。 2.3实验原理 机器人各模块机械系统主要由以下几大部分组成原动部件、传动部件、执行部件，基本机械结构连接方式为原动部件——传动部件——执行部件。机器人的传动结构简图如图2—1所示。 模块1传动链主要由步进电机、谐波减速器构成。 模块2传动链主要由步进电机、谐波减速器构成。 模块3传动链主要由步进电机、同步带、行星减速器构成。 模块4传动链主要由步进电机、涡轮蜗杆传动构成。 模块5传动链主要由步进电机、行星减速器、同步带构成。 模块6传动链主要由步进电机、锥齿轮传动构成。 在机器人末端还有一个气动夹持器或电磁铁。 原动部件包括???进电机和伺服电机两人类，模块2采用步进电机或伺服电机驱动方式；模块1、2、3、4、5、6采用步进电机驱动方式。本机器人中采用了同步齿型带传动、波减速传动、行星减速传动、锥齿轮传动、涡轮蜗杆等传动方式。执行部件采用了气动手爪机构或电磁铁吸附机构，以完成抓取、装配等作业。 下面对机器人中采用的各传动部件的工作原理及特点作以简要介绍。 1、同步齿型带传动 同步齿型带传动是通过带齿与轮齿的啮合传递运动和动力，如图2-2所示。与摩擦型带传动相比，同步带传动兼有带传动、链传动和齿轮传动的一些特点，与一般带传动相比具有以下特点： 1)传动比准确，同步带传动是啮合传动，工作时无滑动； 2）传动效率高，可达98％以上，节能效果明显； 3）不需依靠摩擦传动，预紧张力小，对轴和轴承的作用力小，带轮直径小，所占空间小，质量轻，结构紧凑； 4）传动平稳，动态特性良好，能吸振，噪音小； 5）齿型带较薄，允许线速度高，可达50m/s； 6）使用广泛，传递功率由几瓦至数千瓦，速比可达10左右； 7）使用保养方便，不需要润滑，耐油、耐磨性和抗老化好，还能在高温、灰尘、水及腐蚀性介质恶劣环境中工作； 8）安装要求较高，带轮轴心线平行度要高，中心距要求严格； 9）带和带轮的制造，艺复杂、成本高。尽管如此，同步带传动不失为一种十分经济的传动装置，现已广泛用于要求密定位的各种机械传动中。 2、谐波齿轮传动 谐波齿轮传动由三个基本构件组成： 1)谐波发生器（简称波发生器）一一是由凸轮（通常为椭圆形）及薄壁轴承组成，随着凸轮转动，薄壁轴承的外环作椭圆形变形运动（弹性范田内）； 2）刚轮一一是刚性的内齿轮： 3）柔轮一一是薄壳形元件，具有弹性的外齿轮。 以上三个构件可以任意固定一个，成为减速传动及增速传动：或者发生器、刚轮主动，柔轮从动，成为差动机构（即转动的代数合成）。 谐波传动工作过程如下图2-3所示，当波发生器为主动时，凸轮在柔轮内转动，使长轴附近柔轮及薄壁轴承发生变形（可控的弹性变形），这时柔轮的齿就在变形的过程中进入（啮合）或退出（啮出）刚轮的齿间，在波发生器的长轴处处于完全啮合，而短轴方向的齿就处于完全的脱开状态。 波发生器通常为椭圆形的凸轮，凸轮位于薄壁轴承内。薄壁轴承装在柔轮内，此时柔轮由原来的圆形而变成椭圆形，椭圆长轴两端的柔轮与之配合的刚轮齿则处于完全啮合状态，即柔轮的外齿与刚轮的内齿沿齿高啮合。这是啮合区，一般有30％左右的齿处在啮合状态：椭圆短轴两端的柔轮齿与刚轮齿处于完全脱开状态，简称脱开：在波发生器长轴和短轴之间的柔轮齿，沿柔轮周长的不同区段内，有的逐渐退出刚轮齿间，处在半脱开状态，称之为啮出：有的逐渐进入刚轮齿间，处在半啮合状态，称之为啮入。 波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入——啮合——啮出——脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态。这种现象称之为错齿运动，正是这一错齿运动，使减速器可以将输入的高速转动变为输出的低速转动。 对于双波发生器的谐波齿轮传动，当波发生器顺时针转动1/8周时，柔轮齿与刚轮齿就由原来的啮入状态而成啮合状态，而原来脱开状态就成为啮入状态。同样道理，啮出变为脱开，啮合变为啮出，这样柔轮相对刚轮转动（角位移）了1/4齿：同理，波发生器再转动1/8周时，重复上述过程，这时柔轮位移一个齿距。依此类推，波发生器相对刚轮转动一周时，柔轮相对刚轮的位移为两个齿距。 柔轮齿和刚轮齿在节圆处啮合过程就如同两个纯滚动（无滑动）的圆环一样，两者在任何瞬间，在节圆上转过的弧长必须相等。由于柔轮比刚轮在节圆周长上少了两个齿距，所以柔轮在啮合过程中，就必须相对刚轮转过两个齿距的角位移，这个角位移正是减速器输出轴的转动，从而实现了减速的目的。 波发生器的连续转动，迫使柔轮上的一点不断的改变位置，这时在柔轮的节圆的任一点，随着波发生器