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平面关节型机械臂设计说明书

一、机器人简图（见图1）

图1机器人简图

已知参数：

Ф1=150°，Ф2=45°，z=600mm，4=90°，=60°/s，

=90°/s=300mm/s，=90°/s；

加减速时间0.3s；

手腕负荷：质量为2.5kg，直径为60mm的铁质圆柱体；

驱动源型式：交流伺服电机。

二、机器人工作范围（见图2）

图2机器人工作范围

三、运动简图（见图3）

图3机器人运动简图

该平面关节型机器人有以下几种运动结构形式：

腰座转动机构:布置在基座上的腰座安装在角接触球轴承上，电动机

M1的轴与谐波发生器的中心轮连接，谐波发生器的刚轮与腰座固定

部分联结，而谐波发生器的柔轮则与腰座的输出部分联接，当电机

M1转动时带动腰座实现回转运动。

手臂转动机构:布置在腰座上的大臂安装在角接触球轴承上，电动机

M2的轴与谐波发生器的中心轮连接，谐波发生器的刚轮与大臂固定

部分联结，而谐波发生器的柔轮则与大臂的输出部分联接，当电机

M2转动时带动大臂实现回转运动。

手臂举升机构:包括手腕机构在内的机体沿固定在上、下支承板中的

两个导向柱可以上下移动。在上支承板上装有电机基座，电机通过联

轴器与滚珠丝杠相连，滚珠丝杠副的螺母紧固在手臂伸缩组件的机体

上。这样一来，电机M3的转动就变为手臂的上下往复移动。

手腕的俯仰及回转机构:在手腕机构的机体前后装有电机M4及M5。

M4通过谐波减速器减速后，通过一组直齿齿轮及一组锥齿轮，将电

机M4的转动变为手腕的俯仰运动。电机M5经过谐波减速后，通过

两组直齿齿轮传动，将电机M5的转动变为手腕的回转运动。

四、负载分析与结构设计计算

1、腕部（见图4）

图4腕部传动简图

传递路线：

（1）关节4：电机M4—谐波减速器1—轴1—圆柱直齿轮Z1/Z2—轴

5—带动手腕的回转运动Ф4

（2）关节5：电机M5—谐波减速器2—轴2—圆柱直齿轮Z3/Z4—轴

4—带动手腕上下俯仰运动Ф5

A、由手腕负载求腕部驱动力矩：

已知：手腕负载为M1=2.5kg的铁质圆柱体，且H=D=60mm，已知铁

的密度ρ=7300kg/m3则：

解得：H=D=75.8mm

而（N.m）

其中系数的值0.83-0.9

1.求回转关节驱动力矩T4：

设其回转轴D5=60mm，腕部质量m2与负载m1相同均为2.5kg，

则：

求得=0.18N.m

其中f——静摩擦系数

其中，——偏心距

=0.12N.m

其中——腕载对关节4回转轴转动惯量

2.求俯仰关节驱动力矩T5：

设其回转轴D4=20mm，腕部质量m3与负载m1相同均为2.5kg，

则

=0.15N.m

则

B、初选电机

其中：——关节电机的额定功率

K——安全系数，K=1.2-2

——负载最大角速度

对回转关节4：

对回转关节5：

初选选取电机M4与M5相同，型号为：

MSMA系列（小惯量），其主要参数为：

r/min

联接键的选择：根据电机轴径，选择：键315（GB1096-79）

C、总传动比及各级传动比确定：

对回转关节4：=200（4.10）

取

对俯仰关节5：（4.11）

取

D、谐波减速器的选型：

1号谐波减速器的型号为杯型谐波减速器：CS-25A-200i=200m=0.7kg

2号谐波减速器的型号为杯型谐波减速器：CS-25A-100i=100m=0.7kg

E、齿轮的选择

1．直齿圆柱齿轮Z1、Z2：主动齿轮Z2，转速