线性传动机构
工业机器人常用的直线传动机构可以直接由气缸、液压缸和活塞产生,齿轮齿条、滚珠丝杠螺母等传动部件也可以通过旋转运动转换。
移动关节导轨。
运动时移动关节导轨可以保证位置精度和导向性。
移动关节导轨有五种:普通滑动导轨、液压动态滑动导轨、液压静态滑动导轨、气浮导轨和滚动导轨。
目前,第五种滚动导轨广泛应用于工业机器人。如图2-15所示,它们是包容式滚动导轨的结构。支撑台支撑可以方便地与任何平面连接。此时,套筒必须打开并嵌入滑动枕中,这不仅增强了刚度,而且方便了与其他部件的连接。
齿条装置。
在齿轮齿条装置中,如果齿条是固定的,当齿轮转动时,齿轮轴与拖板一起沿齿条方向直线移动。通过这种方式,齿轮的旋转运动可以转化为拖板的直线运动。拖板由导杆或导轨支撑,其回差较大。
滚珠丝杠和螺母。
滚珠丝杠常用于工业机器人,因为它摩擦力小,运动响应速度快。
由于滚珠丝杠螺母的螺旋槽里有很多滚珠,所以在传动过程中,丝杠受到的是滚动摩擦,摩擦较小,所以传动效率高,同时可以消除低速运动时的爬行现象;在组装过程中施加一定的预紧力,可以消除回差。
旋转式传动机构
普通来说,电机可以直接产生旋转运动,但其输出扭矩小于所需扭矩,转速高于所需转速。因此,需要使用齿轮、皮带传输装置或其他运动传动机构,将更高的转速转换成更低的转速,并获得更大的扭矩。运动的传递和转换必须高效完成,不能损害机器人系统所需的特性,包括定位精度、重复定位精度和可靠性。以下传动机构可以实现运动的传递和转换。
齿轮副。
齿轮副不仅能传递运动角的位移和角的速度,还能传递力和力矩,一个齿轮安装在输入轴上,另一个齿轮安装在输出轴上,使齿轮的齿数与转速成反比,输出力矩与输入力矩的比率等于输出齿数与输入齿数的比率。
同步带驱动装置。
在工业机器人中,同步带传动主要用于传递平行轴之间的运动,同步带与带轮的接触面形成相应的齿形,通过啮合传递功率。
同步带传动的优点:传动时无滑动,传动比准确,传动稳定;速比范围大;初始拉力小;轴和轴承不易过载。但这种传动机构的制造安装要求严格,对皮带材料要求高,成本高。同步带传动适用于电机和高减速比减速器之间的传动。
高次谐波齿轮
目前,60%~70%的工业机器人旋转关节由谐波齿轮驱动。
谐波齿轮传动由刚性齿轮、谐波发生器和柔性齿轮三个主要部件组成。
摆线针轮驱动减速器。
摆线针轮传动是在针摆传动的基础上发展起来的一种新型传动方式。20世纪80年代,日本开发了一种用于机器人关节的摆线针轮传动减速器。
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