工业机器人手臂静态平衡--平衡离散讲义(doc 14页).doc

工业机器人手臂静态平衡--平衡离散讲义(doc 14页)
工业机器人手臂的静态平衡
第一部分：平衡离散
Ion Simionescu*, Liviu Ciupitu
Mechanical Engineering Department, POLITEHNICA University of Bucharest, Splaiul Independentei 313, RO-77206,
Bucharest 6, Romania
Received 2 October 1998; accepted 19 May 1999
摘要：本文介绍了一些在工业机器人手臂的重量平衡解决方案，运用了螺旋弹簧的弹性力量。 垂直和水平手臂的重量力量的平衡显示很多备选方案。 最后，举例子，解决一个数值示例。
关键词：工业机器人；静态平衡；离散平衡
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介绍
机器人及工业机器人机制构成了一个特殊类别的机器系统，其特点是大质量的元素在一个垂直平面移动速度相对缓慢。基于这个原因，重量势力成了驱动系统必须要克服的一大份额的阻力。对于平衡重量力量的问题，可编程序的机器人是非常重要的，在训练期间，人工操作必须容易地驾驶机械系统。
一般来说，工业机器人手臂的重量平衡力量都将会削弱驱动力量。在轴承发生的摩擦力没有被考虑到，因为摩擦时刻感觉取决于相对运动感觉。
在这项工作中，对直圆柱螺旋弹簧弹力影响力量平衡问题的可能性进行了分析。
这种平衡的可以被分离出来，可以是工作领域位置的有限数字，或者在在工作领域中的所有位置的连续。 因此，离散系统只能实现了机器人手臂的近似平衡。
增量的使用并没有被考虑在内，因为他们涉及到了移动的质量物体的增加，整体大小，惯性和组分的压力。
在一固定水平轴附近的重量力量的平衡
通过螺旋弹簧的弹力来平衡机器手和机器人的重量力量，有集中可行的方案。
简单的解决方案并不总是适用的。有时候从建筑角度来首选一个有效的近似解替代原先方案。
在一个水平固定轴附近的链接1（例如：横向机械手臂）的重量力量的维持平衡的最简单的方法在图1中该要的显示出来了。在链接点A和固定点B之间，：(m1OG1cosi+m2A)g+Fsa=0,i=1,…,6
在那里，螺旋弹簧弹力是: FS=F+k(AB-l0),和
簧的系统在建筑上出现了一些困难。压缩弹簧，它对于计算的功能，不能被对折。因此，在导航中出现的摩擦力使得培训工作更加困难。
甚至于在一般的情况下，当y1A≠0和XB≠0时，弹簧的初始长度l0 的减少，相当于力F0=0。对于平衡所必须的弹簧的平直特征位置的径向变位系数（图2直线2），换言之，从建筑学的角度上看，为了获得一个可以接受的原始长度l0 ,可能可以用一个移动的弹簧取代固定B点的弹簧连接。换句话来说，弹簧的B端挂在可移动的链接2上，位置随着手臂1的变化而变化。链接2可能有一个平面副的或者是直线的绕着一个固定点的转动运动副，并且它通过中介动力学链子所驱动。（图3-5）在引用里展示了更多的可能性[2-7]。
图3. 弹性系统的平衡与四杆机构
图3展示了一个运动学构架，其中连接2在C点帧加入，它通过连接杆3和机器人手臂1的链接进行驱动。在手臂1运行的平衡力量系统由一下方程表示：
fi=(m1OG1cos+m4AXA)g+Fs(YAcos－XAsin)+R31XYE－R31YXE=0,
i=1,…，12， （2）
在连接杆3和机器人手臂1之间的反作用力组分，在固定坐标系轴上：
类似于前面的例子，连接杆3的角度是：
OG1 和BG4的距离，同,,,分别决定了链接1、4、 的质量重心的位置。
未知数 ,, ,,,,,,ED, BC, 和k通过解决平衡方程（2）解得，其中需要工作区域12个机器人手臂的非重复位置角Ψi 。元素的质量mj ( j=1,….,4)和物质中心假设是已知的。根据那些角：i,i=1,…，12机器人手臂的静态平衡在那些12个位置保持平衡。由于连续性的原因，不平衡值在这些位置上是微不足道的。
实际上，问题是以一种反复的方式解决的，因为在设计之初，关于螺旋弹簧和链接2和3的情况，很多都是未知的。
不平衡力矩的最大值和平衡系统的未知数成反比。通过在臂1和链接2上两个平行圆柱螺旋弹簧的组装，平衡精度增加了，因为18个非重复值的Ψi可施加在相同的工作领域。