23組-輪足機(jī)器人-第二次作業(yè)

二．輪足機(jī)器人主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)桿組法設(shè)計(jì)2.1案例機(jī)構(gòu)的桿組分析如下圖所示圖2.1案例方案機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖表2.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析構(gòu)件個(gè)數(shù)活動(dòng)構(gòu)件個(gè)數(shù)機(jī)架原動(dòng)件87機(jī)體電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副自由度1002案例機(jī)構(gòu)通過(guò)桿組拆分可以得到一個(gè)主動(dòng)件，兩個(gè)Ⅱ級(jí)桿組，和一個(gè)三級(jí)桿組，如下圖所示表2.2案例機(jī)構(gòu)桿組分析IIIIII級(jí)桿組主動(dòng)件Ⅱ級(jí)桿組（RRR）圖2.2案例機(jī)構(gòu)桿組分析2.2案例機(jī)構(gòu)的桿組創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)案例機(jī)構(gòu)的桿組替換方法選擇以桿組法為主，對(duì)原案例兩個(gè)Ⅱ級(jí)桿組進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)原桿組（Ⅱ級(jí)桿組（RRR））替換桿組原桿組（III級(jí)桿組（RRR））替換桿組三．輪足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)3.1主運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇表3.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新方案Ⅱ級(jí)桿組（1）III級(jí)桿組（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)12表3.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案分析序號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)1沒(méi)有固定的三角形結(jié)構(gòu)，可能提供更多的靈活性和運(yùn)動(dòng)自由度。桿件的排列可能允許更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)模式。缺乏三角形結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致穩(wěn)定性較差。如果需要穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)傳遞，可能需要額外的設(shè)計(jì)來(lái)補(bǔ)償穩(wěn)定性的不足。2三角形結(jié)構(gòu)提供了較好的剛性和穩(wěn)定性。如果桿件1用于輸入運(yùn)動(dòng)，那么它可以通過(guò)三角形結(jié)構(gòu)有效地傳遞到其他桿件。三角形結(jié)構(gòu)可能限制了機(jī)構(gòu)的靈活性，使得運(yùn)動(dòng)傳遞不夠靈活。如果需要改變運(yùn)動(dòng)方向或增加復(fù)雜性，可能需要更多的桿件或鉸鏈。3.2主運(yùn)動(dòng)原動(dòng)件的選擇表3.2原動(dòng)件方案選擇步進(jìn)電機(jī)交流電機(jī)無(wú)刷電機(jī)直流電機(jī)示意圖工作原理步進(jìn)電機(jī)通過(guò)捕捉外部信號(hào)（電磁脈沖信號(hào)），并將其轉(zhuǎn)化為角度信號(hào)，實(shí)現(xiàn)精確的角度或位移運(yùn)動(dòng)控制。-交流電機(jī)基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)原理和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)原理，通過(guò)交流電源在定子線圈中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，感應(yīng)出轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電流，電流和磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生力矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。-無(wú)刷電機(jī)是一種三相電流同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)，其運(yùn)動(dòng)與施加在繞組上的交流電壓同步。直流電機(jī)基于電磁感應(yīng)定律和安培力定律，通過(guò)電刷和換向器改變電流方向，使轉(zhuǎn)子持續(xù)在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直流電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn)無(wú)需傳感器即可檢測(cè)電機(jī)位置，控制簡(jiǎn)單。在低速時(shí)提供良好的扭矩，能保持位置，使用壽命長(zhǎng)。可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)0.007°的位置精度（采用微步模式）。-結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低。-工作可靠，長(zhǎng)壽命，穩(wěn)定性好。-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍廣，適應(yīng)不同工作條件。-啟動(dòng)電流小，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成大的沖擊。-無(wú)電刷和換向器，工作可靠，維護(hù)和保養(yǎng)要求低。-定子繞組散熱方便。-慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。-適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。-體積小、重量輕、出力大。-轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)異，中、低速轉(zhuǎn)矩性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小。轉(zhuǎn)矩特性好，易于調(diào)速和負(fù)載平衡。起動(dòng)和反轉(zhuǎn)方便，可以快速?gòu)撵o止?fàn)顟B(tài)加速到設(shè)定速度。易于控制，通過(guò)電流控制可以精確控制輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。高效節(jié)能，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。缺點(diǎn)-當(dāng)負(fù)載扭矩過(guò)高時(shí)可能會(huì)失步。-即使在靜止時(shí)也總是消耗最大電流，導(dǎo)致效率降低和過(guò)熱。-扭矩小，在高速下會(huì)產(chǎn)生很大的噪音。-具有低功率密度和低扭矩慣性比。-制造成本高，需要高品質(zhì)的材料和精密加工工藝。-調(diào)速控制復(fù)雜，需要專用的變頻器等設(shè)備。-效率不高，尤其在低轉(zhuǎn)速和部分負(fù)載下更為明顯。-起動(dòng)扭矩小，可能無(wú)法滿足某些工況的需求。-對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染。-必須根據(jù)負(fù)荷的需要調(diào)整伺服。-會(huì)出現(xiàn)電刷磨損的粉末，無(wú)法在干凈的環(huán)境下使用。-電刷會(huì)有消耗，需要保養(yǎng)。-會(huì)產(chǎn)生機(jī)械及電機(jī)的噪聲。電刷壽命短，需要定期更換。維護(hù)成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，散熱問(wèn)題需要特別關(guān)注。工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的電磁干擾。3.3主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)構(gòu)件的選擇表3.3傳動(dòng)構(gòu)件方案選擇蝸輪蝸桿齒輪傳動(dòng)鏈傳動(dòng)帶傳動(dòng)示意圖優(yōu)點(diǎn)1.大傳動(dòng)比：蝸輪蝸桿傳動(dòng)可以提供很大的傳動(dòng)比。2.結(jié)構(gòu)緊湊：適合空間受限的應(yīng)用。3.自鎖功能：蝸桿傳動(dòng)具有自鎖特性，適用于需要防止反向運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用。4.平穩(wěn)靜音：運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低。1.高效率：齒輪傳動(dòng)的效率很高，通常在0.9-0.99之間。2.精確的傳動(dòng)比：齒輪傳動(dòng)可以提供非常精確的傳動(dòng)比，適用于需要精確控制的應(yīng)用。3.高功率和速度范圍：適用于高功率和高速的傳動(dòng)。4.結(jié)構(gòu)緊湊：齒輪可以設(shè)計(jì)得非常緊湊，適用于空間受限的應(yīng)用。5.可靠性高：在正確的維護(hù)下，齒輪傳動(dòng)非常可靠和耐用。1.高效率：鏈傳動(dòng)的效率接近齒輪傳動(dòng)，通常在0.94-0.98之間。2.準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比：無(wú)彈性滑動(dòng)，能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比。3.承載能力強(qiáng)：適合傳遞較大的功率和負(fù)載。4.維護(hù)方便：鏈條和鏈輪的維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。5.適應(yīng)惡劣環(huán)境：能在高溫、多塵等惡劣環(huán)境中工作。1.彈性傳動(dòng)：皮帶具有良好的彈性，可以緩和沖擊和振動(dòng)。2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。3.維護(hù)方便：皮帶傳動(dòng)的維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。4.過(guò)載保護(hù)：在過(guò)載時(shí)，皮帶會(huì)在帶輪上打滑，起到保護(hù)作用。缺點(diǎn)1.效率低：蝸輪蝸桿傳動(dòng)的效率相對(duì)較低，一般在0.7-0.9之間。2.發(fā)熱量大：由于滑動(dòng)摩擦，蝸輪蝸桿傳動(dòng)在運(yùn)行中可能會(huì)產(chǎn)生較大的熱量。3.成本較高：蝸輪和蝸桿的制造成本較高1.成本高：齒輪的制造和維護(hù)成本相對(duì)較高。2.噪音：在某些情況下，齒輪傳動(dòng)可能會(huì)產(chǎn)生噪音。3.需要精確的安裝：齒輪傳動(dòng)要求高精度的制造和安裝。1.噪音和振動(dòng)：鏈傳動(dòng)在運(yùn)行時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。2.成本較高：相比于皮帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)的成本較高。3.需要張緊：鏈條需要保持適當(dāng)?shù)膹埦o度，以避免跳齒或脫鏈。1.傳動(dòng)比不穩(wěn)定：由于依靠摩擦力傳動(dòng)，傳動(dòng)比不穩(wěn)定。2.效率較低：皮帶傳動(dòng)的效率通常低于齒輪和鏈傳動(dòng)。3.受環(huán)境影響大：皮帶易受溫度和