排爆機(jī)器人平衡式機(jī)械手大臂設(shè)計(jì)案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u24077排爆機(jī)器人平衡式機(jī)械手大臂設(shè)計(jì)案例綜述 1141671.1大臂的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1124051.2肩關(guān)節(jié)減速機(jī)和電機(jī)選型 1124401.2.1肩關(guān)節(jié)減速機(jī)選擇 1159791.2.2肩關(guān)節(jié)電機(jī)選擇 214385肩關(guān)節(jié)電機(jī)所需功率為 3141601.3肘關(guān)節(jié)減速機(jī)和電機(jī)選型 4128161.3.1肘關(guān)節(jié)減速機(jī)選擇 4248681.3.2肘關(guān)節(jié)電機(jī)選擇 57896肘關(guān)節(jié)電機(jī)所需功率為 61.1大臂的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其中大臂方面的設(shè)計(jì)，主要用來連接機(jī)械臂第二關(guān)節(jié)（肩關(guān)節(jié)）和第三關(guān)節(jié)（肘關(guān)節(jié)），為了增大機(jī)械臂運(yùn)動工作空間，其大臂的尺寸盡可能大一些，另外，為減輕機(jī)械臂負(fù)載，大臂采用中空的結(jié)構(gòu)，為加強(qiáng)大臂的強(qiáng)度，大臂進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。1.2肩關(guān)節(jié)減速機(jī)和電機(jī)選型1.2.1肩關(guān)節(jié)減速機(jī)選擇肩關(guān)節(jié)主要是使排爆機(jī)器人大臂轉(zhuǎn)動，即排爆機(jī)械臂大范圍的仰視和俯視。文中采取的肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖4-2示，在實(shí)際抓取危險(xiǎn)物的過程中，肩關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生機(jī)械臂大臂處的擺動，從而與能否成功抓取危險(xiǎn)物起到重要作用，故對肩關(guān)節(jié)對大臂轉(zhuǎn)動的要求高，需要對此位置有高精度的定位與控制。因此在動力系統(tǒng)傳動過程中采用了行星減速機(jī)和蝸輪蝸桿的雙重減速機(jī)，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、扭矩大、定位精度高且減速比大，與此同時(shí)具備高疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命的特性。相比較傳統(tǒng)的諧波減速機(jī)，其運(yùn)動精度無法隨著時(shí)間的變化而保持一個(gè)較高的范圍，經(jīng)常處于下降趨勢。因此與本文中排爆機(jī)器人的所需要具備的要求與特點(diǎn)截然不同。本文所采取的的雙重減速機(jī)構(gòu)，在保證大減速比的前提下，還可以將傳動結(jié)構(gòu)的傳動誤差明顯降低，從而使得機(jī)械臂大臂處的精度大大提升，為機(jī)械手臂定位性能進(jìn)一步提升。肩關(guān)節(jié)帶動大臂的運(yùn)動流程為：伺服電機(jī)1轉(zhuǎn)動帶動行星減速機(jī)2轉(zhuǎn)動，從而蝸桿3旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步帶動渦輪4的運(yùn)動，渦輪4和動力輸出軸5相連，動力輸出軸5轉(zhuǎn)動帶動大臂6進(jìn)行轉(zhuǎn)動運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)大臂的轉(zhuǎn)動運(yùn)動。654321654321圖4-2排爆機(jī)器人大臂肩關(guān)節(jié)（圖中1為伺服電機(jī)，2為行星減速機(jī)，3為蝸桿，4為渦輪，5為動力輸出軸，6為大臂）1.2.2肩關(guān)節(jié)電機(jī)選擇圖4-3肩關(guān)節(jié)機(jī)械簡圖排爆機(jī)器人機(jī)械大臂繞著J2軸即肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動。末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的夾持危險(xiǎn)物重量為，危險(xiǎn)物重心距離J2軸的長度為，機(jī)械臂的自身重量，機(jī)械臂重心距離J2軸的長度為。故危險(xiǎn)物和機(jī)械臂自身對轉(zhuǎn)軸J2所產(chǎn)生的的力矩為：肩關(guān)節(jié)處的伺服電機(jī)通過RV減速機(jī)和聯(lián)軸器來控制J2軸的轉(zhuǎn)動，電機(jī)所需要滿足的轉(zhuǎn)矩為大臂肩關(guān)節(jié)選用減速比的蝸輪蝸桿減速器，減速比行星減速機(jī)ZE110，并且雙重減速機(jī)的總傳動效率為，則肘關(guān)節(jié)的電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩為保證J2軸處有足夠的驅(qū)動力矩，所選用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該按所需轉(zhuǎn)矩的1.3至1.5倍計(jì)算，即在大臂處的肩關(guān)節(jié)所受的扭矩最大，電機(jī)的額定扭矩需求最大，為使其保持穩(wěn)定運(yùn)動，將其旋轉(zhuǎn)速度定為肩關(guān)節(jié)電機(jī)所需功率為對肩關(guān)節(jié)處的電機(jī)功率進(jìn)行圓取整為750w。根據(jù)安川伺服電機(jī)7系列選型，綜合樣本選擇SGM7A-08A表4-1SGM7A-08A電機(jī)型號參數(shù)型號三相相電壓額定轉(zhuǎn)速額定功率QUOTE靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量QUOTE額定電流ASGM7A-08A20030000.75kw2.3912.36.41.3肘關(guān)節(jié)減速機(jī)和電機(jī)選型1.3.1肘關(guān)節(jié)減速機(jī)選擇肘關(guān)節(jié)主要是使排爆機(jī)器人小臂轉(zhuǎn)動，即排爆機(jī)械臂小范圍的仰視和俯視。本文中肘關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)如圖4-4所示，肘關(guān)節(jié)主要需要起到帶動小臂、手腕、手爪處的質(zhì)量，需要的驅(qū)動要求較高，故采用大功率的伺服電機(jī)。為了節(jié)省空間并且滿足減速系統(tǒng)較大的減速比，采用大臂端的行星減速機(jī)和蝸輪蝸桿組成的雙重減速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)減速效果，且減速機(jī)輸出端可以具備較大的承載能力。運(yùn)動流程：通過伺服電機(jī)1帶動行星減速機(jī)2轉(zhuǎn)動，從而蝸桿3旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步帶動渦輪4運(yùn)動，渦輪4和動力輸出軸5相連，動力輸出軸5帶動連桿傳動軸套6轉(zhuǎn)動；通過軸套6和連桿7的固定，連桿7發(fā)生轉(zhuǎn)動時(shí)，小臂底座8隨之發(fā)生轉(zhuǎn)動運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械小臂的轉(zhuǎn)動。8762153487621534圖4-4排爆機(jī)器人大臂肘關(guān)節(jié)（圖中1為伺服電機(jī)，2為行星減速機(jī)，3為蝸桿，4為渦輪，5為動力輸出軸，6為傳動軸套，7為連桿，8為小臂底座）111.3.2肘關(guān)節(jié)電機(jī)選擇圖4-5肘關(guān)節(jié)機(jī)械簡圖排爆機(jī)器人機(jī)械小臂繞著J3軸即肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動。末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的夾持危險(xiǎn)物重量為，危險(xiǎn)物重心距離J3軸的長度為，機(jī)械小臂的自身重量，機(jī)械小臂重心距離J2軸的長度為。故危險(xiǎn)物和機(jī)械臂自身對轉(zhuǎn)軸J3所產(chǎn)生的的力矩為：肘關(guān)節(jié)處的伺服電機(jī)通過RV減速機(jī)和聯(lián)軸器來控制J3軸的轉(zhuǎn)動，電機(jī)所需要滿足的轉(zhuǎn)矩為大臂肘關(guān)節(jié)選用減速比的RV蝸輪蝸桿減速器，減速比行星減速機(jī)ZE110，并且RV減速機(jī)與蝸輪蝸桿減速器的總傳動效率為，則肘關(guān)節(jié)的電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩為保證J3軸處有足夠的驅(qū)動力矩，所選用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該按所需轉(zhuǎn)矩的1.3至1.5倍計(jì)算，即根據(jù)大臂的受力分析，結(jié)合實(shí)際情況及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將其旋轉(zhuǎn)速度確定為肘關(guān)節(jié)電機(jī)所需功率為對肘關(guān)節(jié)處的電機(jī)功率進(jìn)行圓取整為450w。根據(jù)安川伺服電機(jī)7系列