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1、七自由度柔性機(jī)械臂機(jī)構(gòu)說明設(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)反饋來實(shí)現(xiàn)其高精度控制，合理的仿人機(jī)構(gòu)來完成動(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 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）、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),在彈性材料在彈性限度內(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。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。的更前電機(jī)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）L1=426mm, L2=293mm,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、承載能力大、運(yùn)動(dòng)精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、間
3、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 Max on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 Max on電機(jī)與日本Harmo nic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：17000
4、rpm ;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：112 nm ;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：191 nm ;正常：120nm ;重量：280g 馬達(dá)
5、 5: EC-4pole max30 100W 扭力：1.24nm 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：71 nm ;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：11 nm ;重量：50g 馬達(dá) 7： EC-4pole max30 100W 扭力：1.24nm 0.0 63nm ;轉(zhuǎn)速：17800rpm ;重量：210
6、g 減速器7: CSF-11-100最大扭力：25nm；正常：11 nm；重量：50g 說明：EC45flat 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(zhǎng)=5mm的鋁殼，長(zhǎng)度為H=250mm ,則體積為：412cm3，鋁的密度2.7g/cm3，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, 5
7、0g）,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L4G2G3圖七則可得 G1=0.58+0.15+1.1=1.83kg；圖五G2= (0.11+0.21+0.11+0.21 ) + (0.28+0.1+0.05+0.05) +1.1 =2.22kgG3=1+6=7kg則大臂最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大臂 M仁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+
8、 g*G2* ( L22+L4) + g*G3* ( L3+L2+L4=3.96+9.8*2.22* ( 0.2932+0.442)+9.8*7* ( 0.108+0.293+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 0.112n
9、m ；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；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：191 nm ;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：
10、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 0.0 63nm ;減速比：1:100 ;最大扭力：25nm ;正常：11 nm ;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-4
11、pole 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-I40 70W+MR）公開單價(jià) 4302rmb CSG-20-160-2A-GR 公開 單價(jià) 11019rmb馬達(dá)五 EC40 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-
12、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，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Harm on ic九、各運(yùn)動(dòng)角度計(jì)算:序號(hào)名稱角度大小a角度范圍3備注肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180 a 1 225 3 仁-135 90 外向內(nèi)肩關(guān)節(jié)上下90 a 21203
13、2=-9015前向后上臂旋轉(zhuǎn)120a 3150 3 3=90-270外向內(nèi)肘關(guān)節(jié)120a 4 1503 4=0150前向后小臂旋轉(zhuǎn)90a 5 1203 5=0150外向內(nèi)腕關(guān)節(jié)上下90a 6 1203 6=-9045前向后腕關(guān)節(jié)左右40a 7 903 7=-3030上向下十、結(jié)構(gòu)模型說明1，關(guān)節(jié)一 2,關(guān)節(jié)一彈性材料103,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t 111 ?大臂下軸承固定零件手腕連桿手腕萬向節(jié)Csd-25-160諧波減速器2. 三自由度平臺(tái)2.15號(hào)測(cè)試平臺(tái)方案）3. 先做一個(gè)剛性的測(cè)試平臺(tái)（零件、兩個(gè)方案、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、4. 結(jié)構(gòu)發(fā)給老師（動(dòng)力分析建模）5. 提供彈性系數(shù)、負(fù)載、6. 整個(gè)機(jī)構(gòu)的零件質(zhì)量（動(dòng)量）與尺寸（力臂）提供模型給7. 電機(jī)、減速機(jī)、編碼器8. 方案細(xì)化9. 節(jié)前去采購(gòu)電機(jī) maxon ，（編碼盤）增量式兩套。10. 成本核算 -蔡11. 外觀設(shè)計(jì) 2 月 15 號(hào)之前完成12. 外觀設(shè)計(jì)完成后（ 2 月 15 號(hào)左右）再討論一次13.
七自由度柔性機(jī)械臂機(jī)構(gòu)說明.
