七自由度柔性機械臂機構說明

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1、7個自由 七自由度柔性機械臂機構說明 設計目標 由于人工成本的不斷提升， 人們的剛性需求也不斷的擴大， 生產(chǎn)自動化越來越被人們所重視。 也 是社會發(fā)展的必然。讓機器人去完成一些高危、骯臟、重復、精度高的工作。由此，設計一款高 精度，高靈活性的機器臂顯得更為重要。 設計的目標：高精度仿人工業(yè)機器人。 運用先進的仿生理論與柔性設計為基礎， 設計開發(fā)用二次式運動反饋來實現(xiàn)其高精度控制， 合理 的仿人機構來完成動動。 機械臂整體設計方案 一、功能需求：滿足實現(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，旋轉，肘部的彎曲，腕部的旋轉，彎曲，擺動共

2、 度。（圖一） 圖一 圖二 二、優(yōu)化后確定的構型： 自由度包括手臂的肩部的擺動，抬起，大臂旋轉，肘部的彎曲，小臂的旋轉，腕部的彎曲，擺動 共7個自由度。（圖二） 三、驅動模塊示意設計： （圖三） 胡克定律是力學基本定律之一。適用于一切固體材料的彈性定律，它指出：在彈性限度內， 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量。 在彈性材料在彈性限度內形變 時，測得其形變量，從而計算出受力與關節(jié)下方所處的位置。 彈性復位機構 被驅動部件 轉動輸出部件 被驅動部件可 相對傳動以緩 沖

3、 1 .先進行測試 圖三 四、機械臂的具體設計方案， （圖四） 五、各關節(jié)的受力分析: 基本尺寸圖（圖五） 圖五 L1=426mm, L2=293mm

4、, L3=108mm , L4=442mm 六、馬達的初選 諧波減速器的優(yōu)點： Harmonic減速器結構簡單，體積小，重量輕、嚙合的齒數(shù)多、承載能力大、運動精度高、運動 平穩(wěn)、間隙可以調整、傳動效率高、同軸性好、可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動及動力。 瑞士 Maxon電機優(yōu)點： 套全面。瑞 軸向竄動和徑向跳動小、溫度范圍大、回差小等，并且電機型號全編碼器與抱閘與控制器配 士 Maxon電機與日本Harmonic諧波減速器選型需求 示例圖片： 馬達6 T達4 馬達5

5、 圖六：馬達648g 1EC90flat 90W 扭力：4.67 nm 0.387nm ;轉速：3190rpm ;重量：：減速器 420g ;重量：CSG25-160 減速比：1:160；最大扭力：314nm；正常：176nm 1:馬達 300g 2；重量：EG4pole max30 200W 扭力： 3.18 nm 0.112nm ；轉速： 17000rpm ：減速器 420g ；重量： CSG-25-160 減速比： 1:160 ；

6、 最大扭力： 314nm 2； 正常： 176nm ： 馬達 扭力： 2.66nm0.16nm ； 轉速： 9840rpm ； 重量： 580g3EC max40 170W :減速器150g;扭力最大：減速比： 1:120112nm ;正常：70nm 3;重量：CSG17-120 馬達 110g ;重量：：EC45flat 70W 扭力：0.82nm0.13nm ；轉速：4840rpm 4 :減速器 280g 120nm ；重量： 減速比： 1:160 ；最大扭力： 191nm 4；正常： CSG-20-160 ：馬達 210g ；重量： EC-4pole max30 100W 扭力

7、： 1.24nm 0.0 63nm ；轉速： 17800rpm 5：減速 器 ；重量： 100g1:100 ；最大扭力： 71nm ；正常： 537nmCSD SHD-17-100 減速比： ：馬達 110g 4840rpm 重量： EC45flat 70W 扭力： 0.13 nm 0.17nm 6； 轉速： ： 減速器 50g； 重量： ； 最大扭力： 25nm ； 正常： 611nmCSF-11-100 減速比： 1:100 馬達： EC-4pole max30 100W 扭力： 1.24nm 0.0 63nm ； 轉速： 17800rpm ；重量： 7210g 減速器： CSF-

8、11-100 最大扭力： 25nm ；正常： 11nm ；重量： 750g 說明： EC45flat 70W 要更換為 EC-I40 70W+MR 七、受力分析： 有效扭力計算公式： (堵轉 -連續(xù)) *0.3+ 連續(xù) 質量分配： 設大臂小臂均為，外徑 D=110mm ，假設主體為外壁壁厚為 L=5mm 的鋁殼，長度為 H=250mm ， 則體積為： 412cm3 ，鋁的密度 2.7g／ cm3 ，外殼質量為 1.1kg 大臂部分質量有馬達 3 (580g)減速器(150g),外殼(1.1kg);小臂部分有馬達 4567 (110g, 210g， 110g ， 210g) ，減速

9、器 4567 ( 280g， 100g， 50g ， 50g) ， 外殼( 1.1kg) ； 手部主要是靈巧手的質量設為 1kg;外加假設載荷 6kg o 質量分配示意圖如：圖七 G1 G2 G3 圖五 圖七 ;則可得 G1=0.58+0.15+1.1=1.83kg =2.22kg (0.11+0.21+0.11+0.21 ) + (0.28+0.1+0.05+0.05 ) + 1.1G2=G3=1+6=7kg 2=3.96nm / 則大臂最大轉動慣量 大臂 M1=g*

10、G1*L4/2=9.8*1.83*0.4422=3.19nm / 小臂 M2= g*G2*L2/2=9.8*2.22*0.293 M3= g*G3*L3=9.8*7*0.108=7.55nm 手 L3+L2+L4)) + g*G3* (M1 總慣量為 大臂處總=M1+ g*G2* ( L2/2+L4 ) +9.8*7* (0.108+0.293+0.442/=3.96+9.8*2.22* (0.2932+0.442) =3.96+12.8+57.83 =74.59nm =30.70nm (0.108+0.293 ) 小臂處 M2 總=M2+ g*G3* (L3+L2) =3.19

11、+9.8*7* 八、馬達型號確認：：馬達176nm；正常：1；扭力：4.67 nm 0.387nm ,減速比：1:160,最大 扭力：314nm74.59nm M1 總的則扭矩為， 747nm, 61.92nm 包含：馬達 176nm ； 3.18 nm 0.112nm ；減速比：1:160 最大扭力：314nm；正常：2扭力：74.59nm 總的190.8nm , 17.92nm 包含M1則扭矩為， :馬達；112nm；減速比：1:120；最大扭力：；正常：370nm 扭力：2.66nm0.16nm30.70nm 總 包含M219.2nm 則扭矩為，319.2nm ,馬達；191nm

12、；正常：120nm ；最大扭力：4:扭力： 0.82nm0.13nm ；減速比：1:16030.70nm 包含 M2 總，則扭矩為， 131.2nm20.8nm :馬達 37nm ； 1:100；最大扭力： 71nm；正常：減速比： 5 扭力：1.24nm 0.063nm ； 7.55nm ,包含 M3則扭矩為，124nm , 6.3nm 馬達：；11nm；正常：25nm ；最大扭力：1:100減速比：；0.82nm0.13nm 扭力：6. 7.55nm ,,13nm 大于M3則扭矩為，82nm :馬達；；正常：減速比：1:100；最大扭力：25nm 711nm 扭力：1.24nm

13、0.0 63nm ； 7.55nm , 6.3nm 包含 M3 貝U扭矩為，124nm , 結論：馬達參數(shù)沒有異常。 馬達報價：13246rmb公開單價EC90flat 90W+HEDL5540公開單價 5982rmb CSG-25-160-2A-GR 馬達一 13246rmb 公開單價 EC-4pole max30 200W+MR 公開單價 7372rmb CSG-25-160-2A-GR 馬達二 9238RM吆開單價 6259rmb CSG-17-120-2A-R 公開單價 EC40 170W+HEDL5540 馬達三公開 EC-I40 70W+MR)公開單價 4302rmb CSG-

14、20-160-2A-GR EC45flat 70W (最好用 馬達四11019rmb單價 8393RMB259rmb CSD SHD-17-100-2A-R 公開單價 EC40 170W+HEDL5540公開單價 馬達五 公開 4302rmb CSF-11-100-2A-R (最好用 EC45flat 70WEC-I40 70W+MR) 公開單價 馬達六 5308RMBB 價 5308rmb CSF-11-100-2A-R 公開單價 EC-4pole max30 100W+MR 公開單價 6587rmb 馬達七，我給你的 價格是我別的項目時個點幅度，諧波需要和日本確認后，日本才能給我們正

15、式 offer電機是1-4臺的價格，大概有7個點的浮動價格，作為參考，一般有 10如 果電單套數(shù)量5臺，公開價還要低 Harmonic 九、各運動角度計算：  序號 名稱 角度大小a 角度范圍B 備注 ① 肩關節(jié)旋轉 225 1<<180 a ?13590 1=- 0 外向內 ②. 肩關節(jié)上下 1202

16、150 4=0 ?150 0 前向后 ⑤ 小臂旋轉 <90 a 5< 120 150 0 5=0 ?。 外向內 ⑥ 腕關節(jié)上下 6<<90 a 120 45 ?6=- 0 90 前向后 ⑦ 腕關節(jié)左右 7< a <40 90 B 7=- 30 ?30 上向下 十、結構模型說明 12 11 1,關節(jié)一

17、 2,關節(jié)一彈性材料 3,關節(jié)二四連桿， 4,關節(jié)二連桿 5,大臂 6,大臂轉 動關節(jié) 7,關節(jié)四彈性材料 8,關節(jié)五 9關節(jié)六彈性材料 10,關節(jié)六連桿 11,，關節(jié) 七彈性材料12關節(jié) 七. 整體圖 與身體連接法蘭 軸承固定零件 柔性材料腔體

18、 抬大臂活動連桿 柔性材料驅 動. 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 手腕萬向節(jié) Csd-25-160諧波減速器 2 .三自由度平臺 2.15號測試平臺方案） 3 .先做一個剛性的測試平臺（零件、兩個方案、電機驅動、 4 .結構發(fā)給老師（動力分析建模） 5 .提供彈性系數(shù)、負載、 6 .整個機構的零件質量（動量）與尺寸（力臂）提供模型給? 7 .電機、減速機、編碼器 方案細化 8. 9 .節(jié)前去采購電機 maxon ,（編碼盤）增量式兩套。 10 .成本核算-蔡 11 .外觀設計2月15號之前完成 12 .外觀設計完成后（2月15號左右）再討論一次 13.