MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\h多關節(jié)機械械結構設計摘要自從機器人在二十世紀五十年代誕生以來，它經歷了第一代工業(yè)機器人的研究、實用化、普及，第二代感知功能機器人的研究、實用化，以及第三代智能機器人的研究等各個階段。在六自由度機器人群體中，關節(jié)型機器人以工作范圍大、動作靈活、結構緊湊、能抓取靠近機座的物體等特點備受設計者和使用者的青睞。本次設計針對多關節(jié)機械手結構進行設計。各個關節(jié)處采用獨立的電機驅動。設計完成的機械手包括腰回轉、大小臂轉動、手臂回轉、手腕擺動和手腕回轉六個關節(jié)。它們具備以下功能：〔1〕實現(xiàn)末端的空間位置確定；〔2〕實現(xiàn)末端的方位變化。本文對多關節(jié)機械手的多種結構方案進行比擬，確定了最正確的結構方案；對各關節(jié)的傳動和電機的選擇進行了設計計算，并對齒輪進行校核計算。關鍵詞：多關節(jié)型機械手；結構設計；工業(yè)機械手ThearticulatedmanipulatorstructuraldesignAbstractSincetherobotbirthedinthe1950s,ithasexperiencedthreestagesasfollowing:thefirstgenerationindustryrobot’sresearch,practicalapplicationandpopularization,thesecondgenerationsensationalfunctionrobot’sresearchandpracticalapplication,aswellasthethirdgenerationintelligencerobot’sresearch.Inthegroupofsixdegreesoffreedomrobots,thearticulatedrobotiscaredbydesigneranduserforitsbroadworkrange,flexiblemovement,compactstructure,catchingtheobjectnearthemachineplinth.thestructureofthearticulatedmanipulatorwasdesigned,whichhassixdegreesoffreedom.Eachjointisdrivedbytheindependentelectricmotor.Themanipulatordesignedincludswaistrotaryjoint,bigarmrotaryjoint,smallarmrotaryjoint,thearmrotation,skillswingingandtheskillrotaryjoint.Theyhavefunctionasfollowing:(1)realizeterminalspacepositiondetermination;(2)realizeterminalchangeoflocation.Thebestplanisselectedthroughcompareingwithmanykindsofstructureplanofthearticulatedmanipulatorinthisarticle,Thedesignandcalculationisdidintheselectiongofvariousjointstransmissionandtheelectricalmotor,andthegearischecked.Keywords:articulatedmanipulator,Structuraldesign,Industrialmanipulator目錄摘要Abstract1緒論11.1引言11.2機器人的現(xiàn)狀開展趨勢12機器人的工作要求33機器人結構方案和驅動方案的比照分析及選用43.1腰部回轉關節(jié)43.2大臂和小臂轉動關節(jié)43.3腕部活動關節(jié)53.4機器人驅動方案的比照分析及選擇54機器人結構設計64.1腕部回轉關節(jié)設計7步進電機的選擇74.1.2第一圓柱齒輪傳動設計4.1.3換向錐齒輪傳動設計第四級圓柱齒輪傳動設計114.1.5軸的計算4.2腕部擺動關節(jié)設計124.2.14.2.24.2.3直齒錐齒輪傳動設計4.3手臂回轉關節(jié)設計194.3.14.3.24.4小臂轉動關節(jié)設計204.5大臂轉動關節(jié)設計214.6腰部回轉關節(jié)設計224.7機器人總體效果圖225結論24參考文獻附錄致謝多關節(jié)機械械結構設計1緒論1.1引言我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。〞機器人技術是建立在機械、微電子、控制、人工智能技術等根底上的一門機電一體化的高新技術。機器人誕生于二十世紀50年代，目前已經開展到第三代智能機器人?？v觀機器人開展的歷史和高新技術的開展趨勢，機器人已經成為現(xiàn)代化工業(yè)開展中不可缺少的必備工具。因此各工業(yè)興旺國家非常重視機器人技術，一個世界范圍的機器人研制熱潮正方興未艾。[1]1.2機器人的現(xiàn)狀開展趨勢自從機器人在二十世紀五十年代誕生以來，在短短的近50年里得到了迅速的開展，它經歷了第一代工業(yè)機器人的研究、實用化、普及，第二代感知功能機器人的研究、實用化，以及第三代智能機器人的研究等各個階段。國外機器人領域開展近幾年有如下幾個趨勢[2]：〔1〕工業(yè)機器人性能不斷提高〔高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修〕，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元?！?〕機械結構向模塊化、可重構化開展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產品問市?！?〕工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向開展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。〔4〕虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預演開展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。我國的機器人研究始于二十世紀70年代，經過近30年努力目前已根本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產了局部機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產線〔站〕上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距。以上原因主要是沒有形成機器人產業(yè)，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計〞，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、本錢也不低，而且質量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產業(yè)化前期的關鍵技術，對產品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產業(yè)化進程。[3]本設計來源于生產實踐2多關節(jié)機械手的工作要求該機械手的特點是工作范圍大，動作靈活，通用性強，結構較緊湊，能抓取靠近機座的物體。協(xié)作單位根據(jù)其用途和特點提出如下技術參數(shù)：自由度數(shù)目：6個坐標形式：垂直關節(jié)型額定負荷質量〔含末端執(zhí)行器〕：48kg最大活動半徑：1280mm本體重量：≤200kg各關節(jié)回轉范圍和最大工作轉速見下表2-1。表2-1各關節(jié)回轉范圍和最大工作轉速最大工作范圍〔o〕最大工作轉速r/minrad/so/s腰部回轉關節(jié)±170101.0560大臂轉動關節(jié)+140，-80101.0560小臂轉動關節(jié)+170，-150101.0560手臂回轉關節(jié)±180303.14180腕部擺動關節(jié)+150，-45202.1120腕部回轉關節(jié)±360303.141803機械手結構方案和驅動方案的比照分析及選擇根據(jù)本設計的要求，參考國內外工業(yè)機器人的典型結構，初步對各個回轉關節(jié)的結構和驅動方案單獨分析。3.1腰部回轉關節(jié)方案一：如圖3-1所示，電機安裝在底座上面，其輸出軸先經諧波減速器減速，再經一對齒輪減速后，由第一關節(jié)輸出軸帶動整個腰部在基座上回轉。方案二：如圖3-2所示，電機安裝在底座下面，其輸出軸經諧波減速器減速后，直接帶動第一關節(jié)輸出軸，使整個腰部在基座上回轉。兩種方案在傳動實現(xiàn)上，都是可行的。均采用了減速比大、體積小、重量輕、精度高、回差小、承載力大、噪音小、效率高、定位安裝方便的扁型諧波減速器。雖然方案一的傳動結構略復雜一點，但只是多了一對普通直齒輪，其整體結構相對復雜一點。另外，方案二的結構緊湊性優(yōu)于方案一，而且結構簡單，適用于計算機控制。故綜合考慮，選擇方案二。圖3-1腰部回轉示意圖圖3-2腰部回轉示意圖3.2大臂和小臂轉動關節(jié)方案一：如圖3-3所示，大臂和小臂轉動都是先通過諧波減速器減速，再經過錐齒輪換向帶動來實現(xiàn)的。圖3-3大臂和小臂轉動示意圖圖3-4大臂和小臂轉動示意圖方案二：如圖3-4所示，大臂和小臂轉動都是通過諧波減速器減速后直接帶動來實現(xiàn)的。兩種方案在傳動實現(xiàn)上，都是不錯的。方案二的結構設計簡單一些，但整體的尺寸相對方案一加大了。方案一的結構也簡單，但布局較方案二更合理。結合本課題的實際條件，由于諧波減速器尺寸過大，應選擇方案二。3.3腕部活動關節(jié)方案一：如圖3-5所示，步進電機先經過同步帶傳動減速，再通過錐齒輪傳動換向后帶動腕部擺動。方案二：如圖3-6所示，步進電機先經過齒輪傳動減速，再通過多級錐齒輪換向來帶動腕部俯仰和腕部回轉。兩種方案在傳動實現(xiàn)上，都是可行的。對于方案一：采用步進電機時，如果傳動比取大時，齒輪軸距就偏大，不宜布置；如果傳動比取小時，電機尺寸偏大。采用交流伺服電機時，但本錢偏高。方案二的結構相對復雜，整體重量也相對更重，但緊湊性更好，可以自由選擇電機類型，因此運用范圍也更廣。應選擇方案二。圖3-5腕部活動關節(jié)示意圖圖3-6腕部活動關節(jié)示意圖3.4機器人驅動方案的比照分析及選擇通常，機器人驅動方式有以下四種[4]：〔1〕步進電機可直接實現(xiàn)數(shù)字控制，控制結構簡單，控制性能好，而且本錢低廉；通常不需要反應就能對位置和速度進行控制；位置誤差不會積累；步進電機具有自鎖能力〔變磁阻式〕和保持轉矩〔永磁式〕的能力，有利于控制系統(tǒng)的定位。但步進電機根本上不具有過載能力，功率偏大者，體積較大，并且其空間分辨率較低；功率較小者，只適于傳動功率不大的關節(jié)或小型機器人。〔2〕直流伺服電機直流伺服電機具有良好的調速特性，較大的啟動力矩，相對功率大及快速響應等特點，并且控制技術成熟。但其結構復雜，體積偏大，本錢較高，而且需要外圍轉換電路與微機配合實現(xiàn)數(shù)字控制。假設使用直流伺服電機，還要考慮電刷放電對實際工作的影響?！?〕交流伺服電機交流伺服電機結構較簡單，體積較小，運行可靠，使用維修方便，價格比直流伺服電機廉價，但高于步進電機。隨著可關斷晶閘管GTO，大功率晶閘管GTR和場效應管MOSFET等電子器件、脈沖調寬技術和計算機控制技術的開展，交流伺服電機在調速性能方面可以與直流電機媲美。采用16位CPU+32位DSP三環(huán)〔位置、速度、電流〕全數(shù)字控制，增量式碼盤的反應可到達很高的精度。三倍過載輸出扭矩可以實現(xiàn)很大的啟動功率，提供很高的響應速度?！?〕液壓伺服馬達液壓伺服馬達具有較大的功率/體積比，運動比擬平穩(wěn)，定位精度較高，負載能力也比擬大，能夠抓住重負載而不產生滑動，從體積、重量及要求的驅動功率這幾項關鍵技術考慮，不失為一個適宜的選擇方案。但是，其費用較高，而且其液壓系統(tǒng)經常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，維護不方便。由于本設計研究的機械手的額定負載一般，體積和重量均要求小，綜合分析后，決定采用混合式步進電機和交流伺服電機混合驅動。腰部、大臂和小臂要求動態(tài)特性好、傳動功率較大，采用交流伺服電機驅動；腕部所需傳動功率較小，采用混合式步進電機驅動。4機器人結構設計4.1腕部回轉關節(jié)設計步進電機的選擇腕部旋轉由步進電機通過圓柱齒輪和錐齒輪機構驅動。設手爪及物體的最大當量回轉半徑R=200mm，那么其轉動慣量：〔4-1〕其中：m―手爪及物體的總重量。設機器人手部角速度ω1從0加速到180度/秒所需時間t=0.3s，那么其角加速度：〔4-2〕負載啟動慣性矩〔考慮中間傳動的慣量，靜摩擦力矩忽略不計〕：〔4-3〕取兩級圓柱齒輪傳動裝置的傳動比為4，兩級錐齒輪傳動裝置的傳動比為1。圓柱齒輪的傳動效率均取η=0.97、錐齒輪傳動的傳動效率均取η=0.96〔下同〕。由于步進電機不具有瞬時過載能力，故取平安系數(shù)為2〔下同〕，那么步進電機輸出的啟動轉矩：〔4-4〕由于Tout必須小于步進電機的最大靜轉矩〔下同〕，所以選擇如下二相混合式步進電機〔北京四通電機公司〕：型號:90BYG550C-SAKRML-0301；保持轉矩；步距角:0.72°；質量:4.6㎏。第一圓柱齒輪傳動設計〔1〕分析主動輪，傳動比，轉矩，名義功率：〔4-5〕選擇齒輪材料，以及熱處理方式：按使用條件屬于低速，輕載，40Cr，調質處理，小齒輪取為，大齒輪取為。〔2〕初步計算齒寬系數(shù)由文獻[5]表12.13，取接觸疲勞極限由文獻[5]圖12.17c，取，初步計算許用接觸應力：文獻[5]表12.16，取初步計算的小齒輪直徑為：〔4-6〕取初步取齒寬：〔3〕校核計算圓周速度：精度等級由文獻[5]表12.6，取6級精度初取齒數(shù)，得：，由文獻[5]表12.3，取那么，齒輪輕微的振動，使用系數(shù)由文獻[5]表12.9，取齒輪速度不高動載系數(shù)由文獻[5]圖12.9，取齒間分配系數(shù)由文獻[5]表12.10，先求：〔4-6〕〔4-7〕〔4-8〕由此得〔4-9〕結構對稱布局，齒向載荷分配系數(shù)由文獻[5]表12.11得：〔4-10〕載荷系數(shù)：〔4-11〕彈性系數(shù)由文獻[5]表12.12，取節(jié)點區(qū)域系數(shù)由文獻[5]圖12.16，取接觸最小平安系數(shù)由文獻[5]表12.14，取總工作時間：應力循環(huán)次數(shù)：〔4-12〕接觸壽命系數(shù)由文獻[5]圖12.18，取，許用接觸應力：〔4-13〕〔4-14〕驗算：〔4-15〕計算結果說明，接觸疲勞強度較為適宜，齒輪尺寸無需調整。〔4〕確定傳動主要尺寸中心距：〔4-16〕取，mm，。齒根彎曲疲勞強度驗算：重合度系數(shù)：〔4-17〕齒間載荷分配系數(shù)由文獻[5]表12.10，取〔4-18〕齒向載荷分布系數(shù)，因為，由文獻[5]圖12.14，取載荷系數(shù)〔4-19〕齒形系數(shù)由文獻[5]圖12.21，取，應力修正系數(shù)由文獻[5]圖12.22，取，彎曲疲勞極限由文獻[5]圖12.23c，取，彎曲最小平安系數(shù)由文獻[5]表12.14彎曲壽命系數(shù)由文獻[5]圖12.24，取，尺寸系數(shù)由文獻[5]圖12.25許用彎曲應力：〔4-20〕〔4-21〕驗算：〔4-22〕〔4-23〕計算結果說明該設計滿足強度要求,因傳動無嚴重過載，故不作靜強度校核?！?〕結論：如下表4-1表4-1齒輪參數(shù)mdzba手腕回轉一級傳動直齒齒輪一2.040203073mm手腕回轉一級傳動直齒齒輪二2.01065325換向錐齒輪傳動設計由于錐齒輪只起換向作用，故傳動比i=1，軸交角∑=90°。兩齒輪均選用45號鋼，并調質處理，強度，平均取為。齒輪加工精度為6級。通過計算得出以下結果〔也適合于其他腕部傳動中的換向錐齒輪〕：表4-2齒輪參數(shù)mdzbRdm手腕回轉二級傳動錐齒輪一3.060mm2015mm28.3mm51mm手腕回轉二級傳動錐齒輪二3.060mm20第四級圓柱齒輪傳動設計〔1〕分析由4.1.1可知主動輪，傳動比，名義功率轉矩：〔2〕后續(xù)的計算方法和步驟與節(jié)相同。〔3〕結論：如下表4-2表4-3齒輪參數(shù)mdzba手腕回轉四級傳動直齒齒輪一3.0752530mm94.5手腕回轉四級傳動直齒齒輪二3.013825mm軸的計算〔1〕選擇材料軸的材料選擇為45鋼，經過調質處理，其機械性能由表得：，，，，查表6-4：〔2〕初步計算軸的直徑：按許用切應力計算，查由文獻[5]表16.2：C=112軸I：〔4-24〕軸II：〔效率0.97〕軸III：〔效率0.93〕軸Ⅳ：〔效率0.894〕軸Ⅴ：〔效率0.867〕考慮到軸端安裝聯(lián)軸器，要開鍵槽，軸徑增加4%~5%故?。?、、、、4.2腕部擺動關節(jié)設計步進電機的選擇腕部擺動由步進電機通過圓柱齒輪和錐齒輪機構驅動。手爪回轉裝置及物體的重心到回轉中心的距離，腕部慣量折算到負載端，那么腕部擺動時其轉動慣量：其中：m―手爪、物體以及腕部擺動局部的折算質量。設機器人腕部擺動角速度從ω=0度/秒加速到ω=120度/秒所需時間t=0.3s，那么腕部擺動角加速度：腕部擺動啟動慣性矩：負載靜轉矩〔靜摩擦力矩忽略不計〕：〔4-25〕那么腕部擺動總轉矩取圓柱齒輪傳動裝置的傳動比為2，錐齒輪傳動裝置的傳動比為2。圓柱齒輪的傳動效率均取η=0.97、錐齒輪傳動的傳動效率均取η=0.96〔下同〕。由于步進電機不具有瞬時過載能力，故取平安系數(shù)為2〔下同〕，那么步進電機輸出的啟動轉矩：所以，選擇如下二相混合式步進電機〔北京四通電機公司產品〕：型號：130BYG550E-SAKRMT-0801；最大靜轉矩：35.0N·m；步距角：0.72°；質量：15.1㎏。圓柱齒輪傳動設計〔1〕分析由.1可知主動輪，傳動比，轉矩，名義功率：選擇齒輪材料，以及熱處理方式：按使用條件屬于低速，輕載，40Cr，調質處理，小齒輪取為，大齒輪取為?！?〕初步計算齒寬系數(shù)由文獻[5]表12.13，取接觸疲勞極限由文獻[5]圖12.17c，取，初步計算許用接觸應力：根據(jù)文獻[5]表12.16，取初步計算的小齒輪直徑為取初步取齒寬：〔3〕校核計算圓周速度：精度等級由文獻[5]表12.6，取6級精度初取齒數(shù)，得：，由文獻[5]表12.3，取齒輪輕微的振動，使用系數(shù)由文獻[5]表12.9，取齒輪速度不高動載系數(shù)由文獻[5]圖12.9，取齒間分配系數(shù)由文獻[5]表12.10，先求由此得結構對稱布局，齒向載荷分配系數(shù)由文獻[5]表12.11得：載荷系數(shù)：彈性系數(shù)由文獻[5]表12.12，取節(jié)點區(qū)域系數(shù)由文獻[5]圖12.16，取接觸最小平安系數(shù)由文獻[5]表12.14，取總工作時間：應力循環(huán)次數(shù)：接觸壽命系數(shù)由文獻[5]圖12.18，取，許用接觸應力：驗算：計算結果說明，接觸疲勞強度不夠，齒輪尺寸需調整。尺寸調整：取，按以上校核計算相同的步驟，再次求各參數(shù)如：其余未變。計算結果說明，接觸疲勞強度符合要求?！?〕確定傳動主要尺寸中心距：取mm，。齒根彎曲疲勞強度驗算：重合度系數(shù)：齒間載荷分配系數(shù)由文獻[5]表12.10，取齒向載荷分布系數(shù)，因為，由文獻[5]圖12.14，取。載荷系數(shù)：齒形系數(shù)由文獻[5]圖12.21，取，應力修正系數(shù)由文獻[5]圖12.22，取，彎曲疲勞極限由文獻[5]圖12.23c，取，彎曲最小平安系數(shù)由文獻[5]表12.14彎曲壽命系數(shù)由文獻[5]圖12.24，取，尺寸系數(shù)由文獻[5]圖12.25許用彎曲應力：驗算：計算結果說明該設計滿足強度要求〔5〕結論：如下表4-3表4-4齒輪參數(shù)mdzba手腕擺動一級傳動直齒齒輪一3.06020419手腕擺動一級傳動直齒齒輪二3.014036直齒錐齒輪傳動設計〔1〕分析由.1可知主動輪，傳動比，名義功率：轉矩：軸交角∑=90°，大、小齒輪均采用懸臂支撐。兩齒輪均選用40Cr，調質處理，強度，小齒輪平均取為,大齒輪平均取為。齒輪加工精度為6級?！?〕初步計算初取齒數(shù)，工作機載荷穩(wěn)定而平穩(wěn)，使用系數(shù)由文獻[5]表12.9，取齒輪速度不高動載系數(shù)由文獻[5]圖12.9，取齒間分配系數(shù)由文獻[5]表12.10，估計〔4-26〕〔4-27〕由此得齒向載荷分配系數(shù)由文獻[5]表12.20及注3，取載荷系數(shù)：彈性系數(shù)由文獻[5]表12.12，取節(jié)點區(qū)域系數(shù)由文獻[5]圖12.16，取接觸疲勞極限由文獻[5]圖12.17c，取，接觸最小平安系數(shù)由文獻[5]表12.14，取總工作時間：應力循環(huán)次數(shù)：接觸壽命系數(shù)由文獻[5]圖12.18，取，許用接觸應力：取小輪大端分度圓直徑：〔4-28〕驗算圓周速度及：〔4-29〕圓周速度：〔4-30〕估計值接近。〔4-31〕〔4-32〕與估計值接近?！?〕定傳動主要尺寸大端模數(shù)：，由文獻[5]表2.3，取實際大端分度圓直徑：錐距：〔4-33〕齒寬：，取。齒根彎曲疲勞強度計算：根據(jù)當量齒數(shù)，齒形系數(shù)由文獻[5]圖12.30，取，根據(jù)當量齒數(shù)，應力修正系數(shù)由文獻[5]圖12.31,取，重合度系數(shù)：〔4-34〕齒間載荷分配系數(shù)由文獻[5]表12.10，取載荷系數(shù)：〔4-35〕彎曲疲勞極限由文獻[5]圖12.23c，取，彎曲最小平安系數(shù)由文獻[5]表12.14，取。彎曲壽命系數(shù)由文獻[5]圖12.24，取尺寸系數(shù)由文獻[5]圖12.25，取許用彎曲應力：驗算：〔4-36〕計算結果說明該設計滿足強度要求?！?〕結論：如下表4-4表4-5齒輪參數(shù)mdzbRdmδ手腕擺動二級傳動錐齒輪一5.0100mm2032mm111.8mm85mm27o手腕擺動二級傳動錐齒輪二5.0200mm40170mm63o4.3手臂回轉關節(jié)設計步進電機的選擇手臂回轉由步進電機通過圓柱齒輪機構驅動。設手爪及物體的最大當量回轉半徑R=200mm，那么其轉動慣量：其中：m―手腕、手爪及物體的總重量設機器人腕部俯仰角速度從ω=0度/秒加速到ω=180度/秒所需時間t=0.1s，那么腕部俯仰角加速度：負載啟動慣性矩〔靜摩擦力矩忽略不計〕：取兩級圓柱齒輪傳動裝置的傳動比為4。圓柱齒輪的傳動效率均取η=0.97。由于步進電機不具有瞬時過載能力，故取平安系數(shù)為2〔下同〕，那么步進電機輸出的啟動轉矩：所以，選擇如下二相混合式步進電機〔北京四通電機公司產品〕：型號：130BYG550D-SAKRMT-0501；最大靜轉矩：25.0N·m；步距角：0.72°；質量：12.0㎏。圓柱齒輪傳動設計〔1〕分析由可知主動輪，傳動比，轉矩：，名義功率：〔2〕后續(xù)的計算方法和步驟與.2節(jié)相同?！?〕結論：如下表4-5表4-6齒輪參數(shù)mdzba手腕擺動傳動直齒齒輪一2.04203010手腕擺動傳動直齒齒輪二2.0180254.4小臂轉動關節(jié)設計小臂回轉由交流伺服電機通過諧波減速器和錐齒輪驅動。由圖4-1可知，當小臂與末端執(zhí)行器均處于水平狀態(tài)時，各局部對回轉中心產生的靜轉矩最大，其代數(shù)和：〔4-37〕其中：―小臂重量，―手腕、手爪及物體的總重量，―電機及配重重量。考慮到機器人的小臂的各局部的轉動慣量及摩擦力矩，選擇諧波減速器工況系數(shù)KA=1.3，那么諧波減速器所需要的輸出額定轉矩：〔4-38〕由于諧波減速器與交流伺服電機相連，其輸入轉速可調，工作條件為“恒扭矩〞，那么按最高轉速選擇機型。綜合考慮，選擇如下諧波減速器：型號：XB3-120-100-Ⅱ；額定輸出轉矩：378.75N·m，輸出轉速：，額定輸入功率：圖4-1小臂轉動關節(jié)受力示意圖取諧波減速器的傳動效率為：η=85%，交流伺服電機應輸出的力矩〔4-39〕所以，選擇如下交流伺服電機〔松下電機，17位編碼器有制動器〕：型號：MGMA；額定輸出功率900W；額定輸出轉矩；額定輸入轉速1000rpm；質量10㎏。4.5大臂轉動關節(jié)設計大臂回轉由交流伺服電機通過諧波減速器和錐齒輪驅動。當大臂與小臂、末端執(zhí)行器均處于如圖4-2狀態(tài)時，各局部對回轉中心產生的靜轉矩最大，其代數(shù)和：其中：―小臂重量，―手腕、手爪及物體的總重量，―電機及配重重量，―小臂轉動電機及減速器、大臂?？紤]到機器人的大臂的各局部的轉動慣量、摩擦力矩及一些小零件未計入，選擇諧波減速器工況系數(shù)KA=1.2，那么諧波減速器所需要的輸出額定轉矩：由于諧波減速器與交流伺服電機相連，其輸入轉速可調，工作條件為“恒扭矩〞，那么按