七自由度柔性機(jī)械臂機(jī)構(gòu)說(shuō)明.

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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 個(gè)自由度。（圖一）

2、 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)，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=2

3、93mm, 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

4、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 ;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

5、：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: 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：1:10

6、0;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：210g 減速器7: CSF-11-100最大扭力：25nm；正常：11 nm；重量：50g 說(shuō)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=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1.1

7、kg 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 L4 G2 G3 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 =2.22kg G3=1+6=7kg 則大

8、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+ 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、+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；最大扭力：112nm ;正常：70nm ； 則扭矩為，319.2nm，

10、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：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：1.24n

11、m 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(méi)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) 92

12、38RMB 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-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) 530

13、8rmb 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 ① 肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn) 180°

14、° 外向內(nèi) ④ 肘關(guān)節(jié) 120°

15、 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

16、 t 11 1 ? 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.