新型3自由度差动轮系的设计与分析

发布时间：2020-09-23 10:33

　　随着生产加工向着智能化和多功能化方向的发展,能够抓取不规则形状物体的欠驱动三指机械手得到了广泛的应用。为了进一步提高机械手的性能,越来越多的人开始对机械手的驱动元件(即3自由度差动轮系)进行研究。目前国际上流行的3自由度差动轮系采用的是锥齿轮,锥齿轮在转动时不但受径向力,而且还受轴向力,齿轮轴既受扭矩也受弯矩,这样会使系统不稳定,引起噪音,大大影响了系统的使用寿命；而且锥齿轮加工、安装比较困难。因此,研究与探索新型的3自由度差动轮系仍然是亟待解决的重要课题。本论文在国内外研究成果的基础上,针对如何提高欠驱动三指机械手的传动性能,提出了新型的3自由度差动轮系,其切入点是把国外的锥齿轮差动轮系变为直齿圆柱齿轮差动轮系。直齿圆柱齿轮啮合时只受径向力,不受轴向力,齿轮轴只受扭矩,因而运转更加平稳,从而降低了噪音,延长了系统的使用寿命；’同时,直齿圆柱齿轮加工容易,安装方便。对新型3自由度差动轮系进行了机构综合设计,首先根据轮系特点选择了结构形式,通过对轮系进行运动分析确定各齿轮直径之间的关系；根据结构形式和各齿轮直径之间的关系确定了轮系的传动简图。其次,对新型3自由度差动轮系进行了参数计算,初步选择了各齿轮齿数,为需要变位的齿轮选择了变位系数,验证了各个齿轮齿数满足轮系的装配条件；计算了轮系的载荷分配不均匀系数。对新型3自由度差动轮系进行了强度计算和效率计算。同时,对新型3自由度差动轮系进行了三维建模与运动学仿真,结果表明：新型3自由度差动轮系的三个输出轴互相独立,在任何情况下输入转矩都被平均分配到三个输出轴上,每个输出轴的转速可能会变化,但转矩保持不变。根据输入功率等于输出功率的原理,三个输出轴的转速之和等于输入轴转速的三倍。通过运动学仿真,证明了新型3自由度差动轮系的传动能够满足我们的要求。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TH132
【部分图文】：

汽车后桥,差速器

1.1选题背景及其意义标准差动轮系是具有2个自由度的行星太阳轮和转臂都能围绕中心轴转动，差动轮进步，差动轮系的应用越来越广泛，例如差船用航向指示器、电动卷扬机减速器l2]等都装置、转炉倾动机构和某些轧钢机[3]中，常用最广泛的是汽车领域中的2自由度后桥差中一个为输入轴，其余两个为输出轴，输出驶时，输入轴驱动两个输出轴，并带动左轮速器通过调节汽车内轮和外轮以不同的速度降低的数量和外轮速度增加的数量相等，此如果汽车上没有使用此差速器，而是用同一内轮就会打滑。

动系,差动轮系,连接起来,4自由度

动系统中不能得到应用。我们可以把一系列的标准差动轮系连接起来组成具有2”个自由度的差动系统l’1，图1.2中每个椭圆代表一个标准2自由度差动轮系，把三个标准2自由度差动轮系连接起来就构成了一个输入、四个输出的4自由度差动系统，同理，可以得到8自由度、16自由度图1.2由二个2白由度标准差动系统组成的4白由度差动系统 F19.1.2Afourdegree一 of-freedomdifferentialsystembyeonlbiningthreetwo一degree一 of-freedomdifferentials一1一户

多指灵巧手

北大学硕士学位论文第一章绪由标准差动轮系组成的机械装置虽然得到了广泛的应用，但只限在2n个自由度上于那些需要3、5、6等个数自由度的系统，显然不能简单的把标准差动轮系连接起而3、5、6等个数自由度的差动系统却在许多领域得到了广泛的应用，例如万能机械抓取装置(universalRoboticoripper)[5，6，7】、自适应多足移动机器人(sel乒eompensaLeggedvehiele)[8，9]、单输入多轴扳手(sing一eInputMu一tiple一spind一ewreneh)【’0]等。例如，欠驱动三指机械手抓取装置[”，’2，”]就使用了3自由度差动轮系做为它的驱部分。图1.3的Ut蒯MIT多指灵巧手是美国麻省理工学院人工智能实验室和犹他大工程设计中心联合研制的，是当时最先进的机械手之一，也是出现的较早期的拟人机手。图1.4的SARAH(Self-Ad即tingRoboticAuxiliaryGrasper)机械手是加拿大OBOTICS公司与Laval大学合作为国际空间站研制的，它虽然有10个自由度，但有一个驱动，控制非常简单。

【参考文献】