基于移动平台机械臂结构研究和设计

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1、基于移动平台机械臂结构研究和设计　　【摘要】本文在确认基于移动平台的机械臂结构设计指标的前提下，阐述了基于移动平台的机械臂构型选择，在此基础上从机械臂关节数目确定、机械臂关节结构选型以及机械臂驱动器选型等方面研究阐述了基于移动平台的机械臂结构设计方案。【关键词】移动平台；机械臂；结构分析；机器人本文在确认基于移动平台的机械臂结构设计指标的前提下，阐述了基于移动平台的机械臂构型选择，在此基础上研究从机械臂关节数目确定、机械臂关节结构选型以及机械臂驱动器选型等方面阐述了基于移动平台的机械臂结构设计方

2、案。一、基于移动平台的机械臂结构设计4（1）设计指标的确定。移动平台机械臂必须满足足够的工作和操作空间，并且控制自身的质量和载荷，从而使其满足对于轻型结构的要求。而移动平台的特点，同时也决定了机械臂的设计必须应该保证持续工作，能耗足够小。结合以上的设计需求，并考虑到具体的使用场合，本设计为其拟定的设计指标为：移动平台机械臂的自由度选择为5；其伸展长度为3m，对于具体的负重量，要求末端能够负荷超过0.5千克的质量，机械臂本身的质量控制在一千克之内。机械臂的功率要求低于15瓦。（2）机械臂结构选型。

3、移动机械臂属于机电一体化设计，由于设计指标确定了机械臂的自由度选择为5，因此必须具备5个关节。各个关节均通过连杆机构相连接。本研究选择了转动关节型机械臂，分为腰部关节、肩部关节、肘部关节。以及辅助关节和腕关节。其结构选型的简图如下所示：（3）关节数目确定。关节数目的选择需要考虑到具体使用场合的需要。具体的要求包括：能够做到对目标进行水平拾取，如图2所示：机械臂还应能够做到取出自身所携带的目标，如图3所示：机械臂应能做到将目标递给对方，如图4所示：由于使用场合的要求是多样化的，因此本设计为其添加一

4、个辅助关节，置于肘部和腕部之间（如图1所示）。（4）关节结构选型。考虑到涡轮蜗杆传动原理的弱点是对载荷的限制，本文将关节结构设计为输入端与输出端轴线平行，从而达到了结构不复杂，传递路径最优的目标。本文所涉及的机械臂属于串联连杆类型，为了达到较大的减速比传动指标，传动模块使用谐波减速器，配置以齿轮系、同步带等辅助部件，实现多级齿轮的传动方式。（5）机械臂驱动器的设计。基于移动平台的机械臂驱动器对于机械臂的各种性能影响非常明显，直接关系到所涉4及的成品所具备的性能指标和使用范围。机械臂驱动器在进行选

5、型的阶段，最应该注重的便是合理评估在各类可能发生的使用场合中处于机械臂之上的每一个关节所承受的负载极值。本研究所涉及的机械臂对于负载的要求并不高。通过当前本领域的一些研究成果可知，如果机械臂对于负载没有太多要求，则可以将电动驱动器作为各个关节的驱动器。业界的研究文献表明，最常使用的电动驱动器包括如下几类：永磁直流，永磁同步流以及无刷直流。本研究选择无刷直流电机，理由是与以上的其他几种电机相比，其故障率小、维护工作量低、噪音少，可选速率范围大，散热方便。电机驱动模式以及电机选型确定之后，接下来便可

6、以确定各个关节动作的具体传递模式：无刷电机—齿轮减速器—各个关节。对于齿轮传动装置采用三轴线双级斜齿圆柱齿轮减速器，并于齿轮减速器输出部分部署灵活的可调电位器，其作用是以反馈的模式控制关节输出角度。二、结语本研究从整体上阐述了基于移动平台的机械臂结构分析与设计方案，移动机械臂的设计目前仍然有很大的发展空间，一方面需要深入研究机械臂的精准控制，另一方面还应结合具体的使用场合考虑移动平台的控制，这也是本研究下一步进行的方向。参考文献4[1]黄永安，熊蔡华，熊有伦.智能机器人与应用的现状与发展趋势[J

7、].国际学术动态.2009（4）：38～39[2]丁渊明，乇宣银.串联机械臂结构优化方法[J].浙江大学学报（I：学版）.2010，44（12）：2360～23644