机械手结构固有频率的比较

　　机械手结构固有频率的比较

　　衡量机械手结构设计好坏的指标之一，就是使机械手结构谐振频率远离伺服系统无阻尼自然频率，或者说，机械手结构谐振频率应控制在伺服系统闭环带宽的4～5倍，这样可使机械手运行稳定，避免机械系统产生谐振。

　　111实体模型和数据

　　(以针轮齿数30为例)和谐波减速器(与前RV减速器功率和速比相近产品为例)各自的结构基频分别为130Hz和1616Hz.因此，在机器人上使用谐波减速器时，扭振一直是突出的问题。以下研究两种减速器对具体关节的影响。

　　为便于讨论和比较两种减速器扭矩刚度对关节固有频率的影响，仅以实际机械手大臂摆动关节为例，经适当简化后将其作为计算模型。

　　大臂关节示意图此关节是由电机轴驱动减速器，经较大减速比传动后，再驱动大臂及负载绕关节轴线转动。其中负载是机械手前部负载经过简化和折算后的近似数据。

　　由三维实体模型及相关减速器技术资料可得到图中各传动件的质量等特性数据。

　　谐波减速器栏中数据是第一轮设计中所选减速器;大臂扭转刚度值，是根据材料力学梁弯曲转角公式折算得到的。

　　112扭振模型建立

　　根据以上结构图和实体数据，可以简化并建立扭振模型。通常把电机等转动惯量大、扭矩刚度大、变形小的实体，用集中质量来表示并简化;传动部分的转动惯量小、扭矩刚度低、变形大的实体用集中刚度。系统可以简化为电机(集中惯量)，经减速器和大臂串联形成的综合刚度实体(集中刚度)连接到负载(集中惯量)的两自由度振动模型。

　　采用牛顿-欧拉法建立系统振动方程。

　　113谐振频率计算

　　φi为各质量的振幅。代入式整理后可得有关φi的齐次线性方程组，有非零解的条件为系数行列式为零，整理将数据分别代入式中，可计算出针对谐波和RV减速器的两组Ji、C的值，然后将两组值代入式中，就可解得两组谐振频率值。

　　114讨论

　　一般地，伺服系统的闭环带宽和系统伺服精度、快速性之间有经验公式。

　　在这两例机械手大臂关节设计中，由于伺服电机、总减速比、误差。最大速度等均相差无几，因而取实际设计中的参数对伺服系统带宽ωB进行近似估算由值可以看出，选用RV减速器使大臂关节结构谐振频率达到带宽的415倍左右，基本符合机械手结构谐振频率应控制在伺服系统闭环带宽的4～5倍的要求;选用谐波三大组件的大臂关节结构谐振频率只达到带宽的118倍左右。因而第二轮设计选用RV减速器更合理，能更好地避免关节扭振的发生，提高运行平稳性和安全性;提高机械臂响应速度，使机械臂更灵活。这也正是第一轮机械手调试较为困难的原因。【机械手】