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知乎网友提议了一个题目:
"为甚么呆板人不行使滚珠丝杠启动转动解放度下降加速器成本?"
题目描摹
呆板伺服用多级加速器效率低下,摆线针轮或谐波加速机对材料有较高请求成本昂扬,为甚么不像生物关节同样行使高效率而极低成本的滚珠丝杠如许的直线实行器将直线疏通变化为对呆板人关节轴的转动疏通?
贴个罕用谐波加速器的图,中心谁人薄壁的筒状布局便是柔轮,前方是谐波产生器原本不是一个正圆,每转动一圈使柔轮变形一次。柔轮的齿与刚轮啮合的力传播到外圆Circularspline上,推动转动一个齿来到极高加速比的轻量化高效传动的宗旨。也许看出如许的布局对柔轮材料请求很高时时制品很昂贵。榜样的KUKA六解放度呆板人,此中前三个解放度在基座和手臂上,担当力臂对照大负载请求较高,后三个解放度在手腕上首要宗旨是完成末尾工件的全方位调治。是以,归纳一下:Pros:榜样的滚珠丝杠90%以上效率并不比谐波加速这类高效率大加速比加速器差。
滚珠丝杠同时多道滚珠并行受力,抗打击前提比谐波加速这类仰赖高材料请求的韧性柔轮少数齿尖担当打击是以形成高成本的转动加速器看起来要公道不少。
抛开保守转动加速器布局紧凑便利装置计划的上风,滚珠丝杠布局简朴有用普及成本稀奇省钱,有渴望行使在呆板人首要臂关节上大幅下降多解放度呆板人成本。
按这个思绪,脑补一下造出来的呆板臂就会像是如许,满满的带伺服电动推杆的仪表(液压霸们请将此题看做“为甚么不必伺服电动推杆替换液压缸用于袖珍化设立”)。
Cons:一些揣测:一个也许的谜底是昔时滚珠丝杠经过力臂变化对轴转动疏通具备离奇角题目节制流程非线性给节制器计划带来难度,然则第一该流程数学模子简朴第二此刻各样先进节制方法稀奇是视觉等积极闭环帮助的进展也许给这一题目带来协助,或许受制于现有呆板臂产业体制如许新式的架构难以获得行使?
第二个也许的谜底是譬如滚珠丝杠疏通传播不成逆,这给一些范围的运用(譬如掉电统统就变为一僵尸了抓一半停在地面统统扭不归来,这在一些场面也许是致命的)带来坚苦。然则行使监控布局应变力积极弥补等办法也能几多弥补这一坚苦。
我料想另一个也许的谜底是用于这类用处须要滚珠丝杠抗弯矩,显然这的确是不公道的,有须要改革吗?
再有一个也许是丝杠疏通副险些不成逆的疏通传播给示教表现制作了坚苦,自然处分计划有,然则和榜样的产业呆板人有用习惯不同对照大。
其它多连杆形成的差错影响也对照大,在Delta呆板人中差错被并联对消,而对于丝杠连杆启动的机构来讲差错增大。
WorkEnvelope是硬伤中的硬伤。
对于这个题目,知乎用户王哲给出了本身的主张:
王哲释疑
为甚么不采纳直线转转动机构,首先是劳动域的题目!其确凿题主的题目描摹内部,谜底曾经跃然纸上了。
这是题主供应的直线-转动机构的例子发掘机的示企图,劳动域大要标出来以下图:
而一个罕用功业呆板人劳动域是如许的:
劳动域局限和自体魄积之比,呆板人弘远于1,而直线转转动机构远小于1,况且多关节呆板人在空间域内可来到局限极广,柔性极强。
直线转转动机构弊病是致命的。产业呆板人在成本和效率,很重景况下原本比不上专用呆板hardautomation,然则它之是以受迎接,就在与其柔性和通用性,在计划步骤不须要做太多干与性考证和呆板和布局计划。
而柔性和通用性,是竖立在大劳动域和及其解放的来到才能上的,譬如:
做焊接工艺的时间,要应对不少形态不特定的工件,假设呆板手能来到那儿,不能来到那儿受极大束缚,这类设立根蒂不会有人采纳。
做machinetending运用,或许画个示企图就OK,由于众人都晓得只需呆板人放下去,干与方面不会成为太大题目,只需姿势和安设地方做些微弱调动就也许。
试试,在如许的场景里用发掘机宛如的机构,在计划步骤绝对是个恶梦。
原本上述一个弊病,就也许把那种机构枪毙了。自然再有其余题目:
其次是空间。
直线转转动机构,说究竟便是一个杠杆,而一个杠杆务须要在臂上占用额外空间,咱们不议论劳动域题目,就这个空间的增添,会致使洪量的疏通干与。
三是光滑诱发的题目。
滚珠丝杆是须要光滑的,况且他由于每每伸缩,有一些机构走漏在外貌带着光滑脂。浑浊是一个题目,按期保护又是一个题目,此刻呆板人一两年才须要保护,是由于加速机的紧闭性,光滑脂不会洪量耗散也不会被浑浊。
四是分量。
别轻视这一点点分量,对于呆板人多级传动来讲,分量形成的惯性及阻尼都市成倍夸大。
自然再有其余题目,如节制算法等,但这些与上述弊病,稀奇是劳动域题目比起来,都是小题目了。
释疑增添
其它答复一下题主的增添疑难。
任何呆板布局,任何东西都有优弊病,然则就针对任何特定用处而言,优弊病是有轻重之分的,也便是有权重。详细到产业呆板人的用处上,这类布局的弊病是致命的,决计性的。
况且这个弊病是道理级的。
这是呆板人的各轴示企图(每个呆板人大厂家对各轴称说不同样,SLURBT是Yaskawa的称说,发那科称说为J1-J6,ABB、库卡时时称说为第1-6轴,这边为了便利,用Yaskawa的STU系统)。
首先咱们不议论图示中的S,R,T三个轴,只琢磨L,U,B三个轴。
看我画的草图:
每一个伸缩杆—反转的传动机构,在道理上,做动角度局限a在0a度,总局限不成能来到度。
现实中,丝杆推力F会因和启动杆的夹角b,被分解成顺着杆的径向力f2和笔直与杆的法向力f1,况且f1是灵验的,f2是失效的。而f1=F*sinb。由于b角度在亲近0和度时间的极限地方,sinb会无尽亲近于0。
以及其余的呆板束缚,a角能在30a之间就不错了。
而普遍产业呆板人的角度局限以下图。
三个轴,每个轴都将其做动局限收缩了一半,是以来到域被非常收缩。而如我所说,劳动域和精明的来到才能是多关节呆板人的根蒂价钱。
你的计划就相当于说,你有一个计划能将船的造价下降一半,然则价钱是船不能浮在水面上了,这边就没有任何“长处弊病”可谈了。
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