七自由度柔性機(jī)械臂機(jī)構(gòu)說(shuō)明

1、七自由度柔性機(jī)械臂機(jī)構(gòu)說(shuō)明設(shè)計(jì)目標(biāo)由于人工成本的不斷提升，人們的剛性需求也不斷的擴(kuò)大，生產(chǎn)自動(dòng)化越來(lái)越被人們所重視。也是社會(huì)發(fā)展的必然。讓機(jī)器人去完成一些高危、骯臟、重復(fù)、精度高的工作。由此，設(shè)計(jì)一款高精度，高靈活性的機(jī)器臂顯得更為重要。設(shè)計(jì)的目標(biāo)：高精度仿人工業(yè)機(jī)器人。運(yùn)用先進(jìn)的仿生理論與柔性設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)開發(fā)用二次式運(yùn)動(dòng)反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)其高精度控制，合理的仿人機(jī)構(gòu)來(lái)完成動(dòng)動(dòng)。機(jī)械臂整體設(shè)計(jì)方案一、功能需求：滿足實(shí)現(xiàn)模仿人類手臂的基本功能，自由度包括手臂的肩部的抬起，擺動(dòng)，旋轉(zhuǎn)，肘部的彎曲，腕部的旋轉(zhuǎn)，彎曲，擺動(dòng)共7個(gè)自由度。（圖一） 圖一 圖二二、優(yōu)化后確定的構(gòu)型：自由度包括手臂的肩部的擺動(dòng)，

2、抬起，大臂旋轉(zhuǎn)，肘部的彎曲，小臂的旋轉(zhuǎn)，腕部的彎曲，擺動(dòng)共7個(gè)自由度。（圖二）三、驅(qū)動(dòng)模塊示意設(shè)計(jì)：（圖三）胡克定律是力學(xué)基本定律之一。適用于一切固體材料的彈性定律，它指出：在彈性限度內(nèi)，物體的形變跟引起形變的外力成正比。這樣增加了力的反饋測(cè)量。在彈性材料在彈性限度內(nèi)形變時(shí)，測(cè)得其形變量，從而計(jì)算出受力與關(guān)節(jié)下方所處的位置。1. 先進(jìn)行測(cè)試 圖三四、機(jī)械臂的具體設(shè)計(jì)方案，（圖四）五、各關(guān)節(jié)的受力分析：基本尺寸圖（圖五）圖五l1=426mm，l2=293mm，l3=108mm，l4=442mm。六、馬達(dá)的初選諧波減速器的優(yōu)點(diǎn)：harmonic減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕、嚙合的齒數(shù)多、承載能力

3、大、運(yùn)動(dòng)精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、間隙可以調(diào)整、傳動(dòng)效率高、同軸性好、可實(shí)現(xiàn)向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力。瑞士maxon電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)小、溫度范圍大、回差小等，并且電機(jī)型號(hào)全編碼器與抱閘與控制器配套全面。瑞士maxon電機(jī)與日本harmonic諧波減速器選型需求示例圖片：圖六馬達(dá)1：ec90flat 90w 扭力：4.67 nm 0.387nm；轉(zhuǎn)速：3190rpm；重量：648g減速器1：csg-25-160 減速比：1:160；最大扭力：314nm；正常：176nm；重量：420g馬達(dá)2：ec-4pole max30 200w 扭力：3.18 nm 0.112nm；轉(zhuǎn)速：17000rpm

4、；重量：300g減速器2：csg-25-160 減速比：1:160；最大扭力：314nm；正常：176nm；重量：420g馬達(dá)3：ec max40 170w 扭力：2.66nm0.16nm；轉(zhuǎn)速：9840rpm；重量：580g 減速器3：csg-17-120 減速比：1:120；扭力最大：112nm；正常：70nm；重量：150g馬達(dá)4：ec45flat 70w 扭力：0.82nm0.13nm；轉(zhuǎn)速：4840rpm；重量：110g減速器4：csg-20-160 減速比：1:160；最大扭力：191nm；正常：120nm；重量：280g馬達(dá)5：ec-4pole max30 100w 扭力：1.2

5、4nm 0.0 63nm；轉(zhuǎn)速：17800rpm；重量：210g減速器5：csd shd-17-100 減速比：1:100；最大扭力：71nm；正常：37nm；重量：100g馬達(dá)6：ec45flat 70w 扭力：0.13 nm 0.17nm；轉(zhuǎn)速：4840rpm重量：110g減速器6：csf-11-100 減速比：1:100；最大扭力：25nm；正常：11nm；重量：50g馬達(dá)7：ec-4pole max30 100w 扭力：1.24nm 0.0 63nm；轉(zhuǎn)速：17800rpm；重量：210g減速器7：csf-11-100 最大扭力：25nm；正常：11nm；重量：50g說(shuō)明：ec45fl

6、at 70w要更換為ec-i40 70w+mr七、受力分析：有效扭力計(jì)算公式：(堵轉(zhuǎn)-連續(xù)）*0.3+連續(xù)質(zhì)量分配：設(shè)大臂小臂均為，外徑d=110mm，假設(shè)主體為外壁壁厚為l=5mm的鋁殼，長(zhǎng)度為h=250mm，則體積為：412cm3，鋁的密度2.7gcm3，外殼質(zhì)量為1.1kg 大臂部分質(zhì)量有馬達(dá)3（580g）減速器（150g），外殼（1.1kg）；小臂部分有馬達(dá)4567（110g，210g，110g，210g），減速器4567（280g，100g，50g，50g），外殼（1.1kg）；手部主要是靈巧手的質(zhì)量設(shè)為1kg；外加假設(shè)載荷6kg。質(zhì)量分配示意圖如：圖七 圖七 圖五則可得g1=0.5

7、8+0.15+1.1=1.83kg；g2=（0.11+0.21+0.11+0.21）+（0.28+0.1+0.05+0.05）+1.1 =2.22kg g3=1+6=7kg則大臂最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 大臂m1=g*g1*l4/2=9.8*1.83*0.442/2=3.96nm 小臂m2= g*g2*l2/2=9.8*2.22*0.293/2=3.19nm 手 m3= g*g3*l3=9.8*7*0.108=7.55nm總慣量為 大臂處m1總=m1+ g*g2*（l2/2+l4）+ g*g3*（l3+l2+l4）=3.96+9.8*2.22*（0.293/2+0.442）+9.8*7*（0.108+0.

8、293+0.442）=3.96+12.8+57.83=74.59nm 小臂處m2總=m2+ g*g3*（l3+l2）=3.19+9.8*7*（0.108+0.293）=30.70nm八、馬達(dá)型號(hào)確認(rèn)：馬達(dá)1：扭力：4.67 nm 0.387nm，減速比：1:160，最大扭力：314nm；正常：176nm；則扭矩為，747nm，61.92nm 包含m1總的74.59nm馬達(dá)2：扭力：3.18 nm 0.112nm；減速比：1:160最大扭力：314nm；正常：176nm；則扭矩為，190.8nm，17.92nm 包含m1總的74.59nm馬達(dá)3：扭力：2.66nm0.16nm；減速比：1:120

9、；最大扭力：112nm；正常：70nm；則扭矩為，319.2nm，19.2nm 包含m2總30.70nm馬達(dá)4：扭力：0.82nm0.13nm；減速比：1:160；最大扭力：191nm；正常：120nm；則扭矩為，131.2nm，20.8nm 包含m2總30.70nm馬達(dá)5：扭力：1.24nm 0.063nm；減速比：1:100；最大扭力：71nm；正常：37nm；則扭矩為，124nm，6.3nm 包含m3，7.55nm馬達(dá)6：扭力：0.82nm0.13nm；減速比：1:100；最大扭力：25nm；正常：11nm；則扭矩為，82nm，13nm 大于m3，7.55nm馬達(dá)7：扭力：1.24nm

10、0.0 63nm；減速比：1:100；最大扭力：25nm；正常：11nm；則扭矩為，124nm，6.3nm 包含m3，7.55nm結(jié)論：馬達(dá)參數(shù)沒有異常。馬達(dá)報(bào)價(jià)：馬達(dá)一ec90flat 90w+hedl5540 公開單價(jià)5982rmb csg-25-160-2a-gr 公開單價(jià)13246rmb馬達(dá)二ec-4pole max30 200w+mr 公開單價(jià)7372rmb csg-25-160-2a-gr 公開單價(jià)13246rmb馬達(dá)三ec40 170w+hedl5540 公開單價(jià)6259rmb csg-17-120-2a-r 公開單價(jià)9238rmb馬達(dá)四ec45flat 70w（最好用ec-i4

11、0 70w+mr) 公開單價(jià)4302rmb csg-20-160-2a-gr 公開單價(jià)11019rmb馬達(dá)五e(cuò)c40 170w+hedl5540 公開單價(jià)6259rmb csd shd-17-100-2a-r 公開單價(jià)8393rmb馬達(dá)六ec45flat 70w（最好用ec-i40 70w+mr) 公開單價(jià)4302rmb csf-11-100-2a-r 公開單價(jià)5308rmb馬達(dá)七ec-4pole max30 100w+mr 公開單價(jià)6587rmb csf-11-100-2a-r 公開單價(jià)5308rmb電機(jī)是1-4臺(tái)的價(jià)格，大概有7個(gè)點(diǎn)幅度，諧波需要和日本確認(rèn)后，日本才能給我們正式offer，

12、我給你的價(jià)格是我別的項(xiàng)目時(shí)價(jià)格，作為參考，一般有10個(gè)點(diǎn)的浮動(dòng)如果電單套數(shù)量5臺(tái)，公開價(jià)還要低harmonic九、各運(yùn)動(dòng)角度計(jì)算：序號(hào)名稱角度大小角度范圍備注肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)1801 2251=-13590外向內(nèi)肩關(guān)節(jié)上下9021202=-9015前向后上臂旋轉(zhuǎn)12031503=90270外向內(nèi)肘關(guān)節(jié)1204 1504=0150前向后小臂旋轉(zhuǎn)905 1205=0150外向內(nèi)腕關(guān)節(jié)上下906 1206=-9045前向后腕關(guān)節(jié)左右407 907=-3030上向下這個(gè)沒有具體的坐標(biāo)軸，不好判斷，比劃了一下沒找對(duì)感覺，個(gè)人覺得應(yīng)該稍大于一般人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍。可以再核實(shí)一下。十、結(jié)構(gòu)模型說(shuō)明1，關(guān)節(jié)一 2，關(guān)節(jié)一彈性材料 3，關(guān)節(jié)二四連桿， 4，關(guān)節(jié)二連桿 5，大臂 6，大臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié) 7，關(guān)節(jié)四彈性材料 8，關(guān)節(jié)五 9關(guān)節(jié)六彈性材料 10，關(guān)節(jié)六連桿 11，關(guān)節(jié)七 12，關(guān)節(jié)七彈性材料整體圖與身體連接法蘭軸承固定零件柔性材料腔體抬大臂活動(dòng)連桿柔性材料驅(qū)動(dòng)抬臂柔性材料腔體大臂外鋁支架大臂下軸承固定零件手腕連桿手腕萬(wàn)向節(jié)csd-25-160諧波減速器2. 三自由度平