小型五自由度多关节型机器人设计开题报告(2)
⑤ 合理设计与腕部和机身的连接部位：
臂部的安装形式和位置不仅关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响到机器人的外观。
2.2机械臂的选型分析
方案一：图3 机械臂机构示意图一
分析：上图为常见的吹冰轴关节机器人的机械结构,吹冰个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮等驱动吹冰个关节轴的旋转,注意观察一、二、三、四轴的结构，关节一至关节四的驱动电机为空心结构，关节机器人的驱动电机采用空心轴结构应该不常见，空心轴结构的电机一般较大。采用空心轴电机的优点是：机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过，无论关节轴怎么旋转，管线不会随着旋转，即使旋转，管线由于布置在旋转轴线上，所以具有最小的旋转半径。此种结构较好的解决了工业机器人的管线布局问题。对于工业机器人的机械结构设计来说，管线布局是难点之一，怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线（吹冰个电机的驱动线、编码器线、刹车线、气管、电磁阀控制线、传感器线等），使其不受关节轴旋转的影响，是一个值得深入考虑的问题。
方案二：
图4 机械臂机构示意图二
l-基座：2-肩关节；3-支撑架；4-大臂；5-肘关节
6-小臂；7-腕关节：8-手腕：9-手爪
分析：因为设计必须满足机构的运动要求，重量轻、刚性好、易制造；优选一些简单、合理、紧凑、实用的结构型式；工艺性要好，成本要低，安全可靠性好，外观造型要美观大方；尽可能采用标准件，以提高互换性，降低成本；尽可能采用模块式结构，以提高通用性；还要便于装配调整和文修。如图，整个结构为空间关节型的，具有五个自由度，均为转动关节，其中基座转动关节实现机器人本体除基座以外的机构的转动；肩关节带动大臂、小臂、手腕、手爪进行俯仰转动，以满足机器人工作空间上高度的要求；大臂、小臂以及手腕均可在允许的范围内运动；腕关节可以实现俯仰以及摆动，可以方便的改变手爪的位姿。机器人大臂和小臂的结构一致，都要根据机器人的运动形式、抓取重量等各个因素来确定，一般要求手臂的弯曲和扭转刚度要好，重量要轻。我们可以考虑采用硬铝合金的材料做成空心管。这样即保证有较高的刚度，也使得手臂的重量很轻，减少电机的负载。
综合考虑，作为臂的部分，我选择方案二的臂结构，其结构简单，制造容易，便于装配和文修，尤其是在保证较高刚度的同时能保证其重量轻，减少电机负载且通过合理的设计应能达到所需要求。
3 课题任务、重点研究内容、实现途径
3.1课题的任务
本课题就是设计出一个全自动的机械手中的“臂” ：要求机械手的结构灵活，定位精确，可以在工作空间里达到任意位置，操作方便，每个关节易于控制。
考虑到我们机械手的性能需求如下：
① 启动，停止和反向转动，均能连续有效的进行，且具有良好的响应特性。
② 正转和反转时的特性相同，且运行特性稳定。
③ 文修容易，而且不太需要保养。
④ 具有良好的抗环境干扰能力，对于输出来说，体积小，重量轻。
⑤ 有良好的定位精度，重复定位精度，以及平稳的运行轨迹。抗振性好，操作方便。