【正文】 式可知：i與成反比，i愈大，則。、愈小。所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)力P與移動(dòng)速度是成正比的。這樣為了減少驅(qū)動(dòng)力，就必須增加傳動(dòng)比，而增加傳動(dòng)比，會(huì)引起移動(dòng)速度減小。同樣，若要提高移動(dòng)速度，就必須減小傳動(dòng)比。而減小了傳動(dòng)比，又會(huì)引起驅(qū)動(dòng)力增大。因此，減小驅(qū)動(dòng)力同提高移動(dòng)速度是相矛盾的。所以要根據(jù)移動(dòng)機(jī)械臂的移動(dòng)抓取技術(shù)要求，在滿足一定移動(dòng)速度的情況下，減小驅(qū)動(dòng)力，以便移動(dòng)機(jī)械臂操作輕便、平穩(wěn)、靈活。(c)保證準(zhǔn)確定位不易被破壞引起定位被破壞的可能有以下原因:不平衡力矩的變化、移動(dòng)中振動(dòng)等。當(dāng)機(jī)械臂具有自鎖性和適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)驅(qū)動(dòng)力時(shí)，就能保證移動(dòng)的位置不因上述原因而被破壞。移動(dòng)機(jī)械臂的自鎖性是指關(guān)節(jié)只能正傳動(dòng)，不能逆?zhèn)鲃?dòng)。移動(dòng)機(jī)械臂的關(guān)節(jié)的自鎖性很重要，它不僅保證移動(dòng)位置不被破壞，而且也保證了因?yàn)閿嚯姸l(fā)生機(jī)械臂下落撞擊本體。解決移動(dòng)機(jī)械臂自鎖的方法通常有以下二種: 一種是移動(dòng)機(jī)械臂的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，采用自鎖的運(yùn)動(dòng)副。如自鎖的蝸輪蝸桿副，移動(dòng)機(jī)械臂的肩部采用了自鎖的蝸輪蝸桿傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)自鎖。另一種是在移動(dòng)機(jī)械臂附加自鎖機(jī)構(gòu)。如自鎖器、固定盤、電磁閘等。為了防止微小的外力作用到移動(dòng)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸上而破壞移動(dòng)，移動(dòng)機(jī)械臂的肩部驅(qū)動(dòng)力不應(yīng)過(guò)小。(d)有足夠的強(qiáng)度、剛度和使用壽命由于移動(dòng)機(jī)械臂工作條件較差，傳遞運(yùn)動(dòng)受力較大，且受動(dòng)載荷的作用，各部件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證移動(dòng)機(jī)械臂肩部不被破壞和產(chǎn)生變形影響抓取精度。這在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選用上應(yīng)予考慮。同時(shí)還要考慮各傳動(dòng)件之間的磨損問(wèn)題，應(yīng)盡量減小磨損，磨損以后能夠調(diào)整。上述要求，既是移動(dòng)機(jī)械臂設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，又是衡量移動(dòng)機(jī)械臂性能好壞的依據(jù)。 機(jī)械臂的肩部結(jié)構(gòu)分析 移動(dòng)機(jī)械臂的肩部采用的蝸輪蝸桿式的，下面移動(dòng)機(jī)械臂的肩部結(jié)構(gòu)分析。 作用原理肩部結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸桿式的。所謂蝸輪蝸桿式肩部，是指在肩部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，主要通過(guò)蝸輪蝸桿的傳動(dòng)，使肩部回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂方向移動(dòng)的。移動(dòng)機(jī)械臂的肩部還承受并傳遞臂部時(shí)回轉(zhuǎn)部分所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩。 結(jié)構(gòu)及分析(1)結(jié)構(gòu)在前面的移動(dòng)機(jī)械臂的肩部機(jī)械設(shè)計(jì)中，對(duì)機(jī)械臂的肩部結(jié)構(gòu)己經(jīng)有了詳細(xì)的介紹，詳見(jiàn)前面機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，這里就不再累述了。(2)分析根據(jù)對(duì)移動(dòng)機(jī)械臂的要求，來(lái)分析機(jī)械臂肩部結(jié)構(gòu)性能。（a）為了提高方向移動(dòng)精度，減小移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的變位，要求保證在肩部傳動(dòng)輕便靈活的情況下，空回量要小，保證臂部裝置在肩部上總的配合間隙所產(chǎn)生的方向移動(dòng)改變量要小于一定值。肩部的空回量，主要取決于蝸輪蝸桿嚙合間隙、磨損情況、蝸桿是否有軸向串動(dòng)及傳動(dòng)連接件的間隙等。肩部的蝸輪蝸桿傳動(dòng)是開(kāi)式傳動(dòng)，不便于潤(rùn)滑和防塵。因此傳動(dòng)過(guò)程中的磨損是較嚴(yán)重的。同時(shí)蝸輪蝸桿間的摩擦系數(shù)較大，也易于磨損。由于磨損較嚴(yán)重，從而增大蝸輪蝸桿的嚙合間隙，使肩部空回量變大，這同樣會(huì)影響移動(dòng)精度和移動(dòng)時(shí)的變位。工廠在裝配過(guò)程中應(yīng)盡量減少裝配誤差，保證總的配合間隙對(duì)移動(dòng)角的影響最小。（b）為了使傳動(dòng)輕便、平穩(wěn)、靈活，在機(jī)械臂的肩部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，采用了滾動(dòng)軸承并能通過(guò)注油嘴注油潤(rùn)滑。蝸輪蝸桿在裝配前經(jīng)過(guò)研磨檢查，裝配后又經(jīng)過(guò)調(diào)整，使其兩齒的接觸面沿齒高達(dá)60%，沿齒寬達(dá)50%.蝸桿為右旋，頭數(shù)=1，蝸輪齒數(shù)=32，配套減速器的減速比=156，齒輪副傳動(dòng)比= 1，因此肩部的總傳動(dòng)比 (63)又 (64）式中。—肩關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 (65)n—電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，n=10200r/m—回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，即為移動(dòng)速度 （66）將（64）（65）代入（66）式得到移動(dòng)肩部的速度 =上述為肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度的理論計(jì)算值，實(shí)際測(cè)量值雖然會(huì)因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的加工裝配質(zhì)量等的影響而大一些，但仍是符合移動(dòng)技術(shù)要求的。滿足移動(dòng)機(jī)械臂肩部的設(shè)計(jì)要求。(c)移動(dòng)機(jī)械臂肩部的自鎖是靠能夠自鎖的蝸輪蝸桿副來(lái)保證的。蝸輪蝸桿副自鎖條件：蝸桿螺旋角小于折合摩擦角和要可靠自鎖必須比至少小1度。由機(jī)械零件可知 (67) (68)式中—蝸桿頭數(shù) =1q—蝸桿特性系數(shù) (69)一蝸桿分度圓直徑 =28mm 一蝸桿軸向模數(shù) =2mm將上述各值代入公式得到： 由此可以看出:蝸輪蝸桿雖然符合條件，而且差大于1，故自鎖可靠。(d)蝸輪蝸桿式的肩部易于旋轉(zhuǎn)方向的要求。肩部是蝸輪蝸桿傳動(dòng)，蝸桿固定于蝸輪箱內(nèi)，蝸輪位于蝸輪箱內(nèi)，通過(guò)軸套與轉(zhuǎn)軸相連，與蝸桿嚙合。進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)操作時(shí)，主控計(jì)算機(jī)把臂部角度與目標(biāo)點(diǎn)的角度進(jìn)行比 較，角度的差值通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)配套的減速器后，經(jīng)過(guò)一對(duì)齒輪副的傳動(dòng)，帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿與蝸輪嚙合，使得與蝸輪通過(guò)軸套連接的肩部轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得固定于肩部轉(zhuǎn)軸的臂部轉(zhuǎn)動(dòng)，賦予肩部在150度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。(e)蝸輪副的傳動(dòng)一般具有工作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊的特定，但是在這里將它用作移動(dòng)機(jī)械臂的肩部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)后，具體情況有所變化。因?yàn)槲佪單仐U分別安裝在箱體上，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)蝸輪蝸桿的固定裝置進(jìn)行組合加工來(lái)保證蝸輪蝸桿的中心距有較小的偏差。裝配時(shí)，蝸輪中心與回轉(zhuǎn)中心不易重合，存在較大的偏差。從而不能保證蝸桿軸線與蝸輪的節(jié)圓在同一平面內(nèi)。所以解決的辦法是蝸桿兩端加上調(diào)整墊片。也就是說(shuō)，在傳動(dòng)過(guò)程中，蝸輪蝸桿的嚙合情況是變化的，這就使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)肩部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)、驅(qū)動(dòng)力不均勻現(xiàn)象。又因?yàn)榧绮繛橐患?jí)傳動(dòng)，而且旋轉(zhuǎn)部分很重，體積較大，進(jìn)行肩部旋轉(zhuǎn)定位時(shí)，回轉(zhuǎn)慣性也就較大，同時(shí)也沒(méi)有消除回轉(zhuǎn)慣性力矩的緩沖機(jī)構(gòu)，這種回轉(zhuǎn)慣性也就敏感地、直接地反映到電機(jī)上來(lái)。由于法蘭盤和臂部體積較大，使得肩部的體積也較大，且不夠緊湊。 本章小結(jié)移動(dòng)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)分析以及以肩部為重點(diǎn)的結(jié)構(gòu)分析。結(jié)束語(yǔ)總結(jié)本文對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括一個(gè)3個(gè)自由度移動(dòng)機(jī)械臂，移動(dòng)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)包括肩部，臂部及手部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行了性能分析。移動(dòng)機(jī)械臂，繞水平軸旋轉(zhuǎn)的自由度肩部使用了蝸輪蝸桿副， 臂部使用了圓錐齒輪傳動(dòng)，手部使用了直齒圓柱齒輪及左右螺旋的形式傳動(dòng)。移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用PRO/ENG對(duì)機(jī)械手建模運(yùn)動(dòng)仿真。由于作者的水平有限，而且對(duì)有些相關(guān)學(xué)科，如傳感器技術(shù)、控制技術(shù)等并不是很了解，仍有許多問(wèn)題需要解決，還有許多問(wèn)題值得進(jìn)一步討論和更加深入的研究與展望： (1)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題在移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程中，包括移動(dòng)機(jī)械臂，采用模塊化設(shè)計(jì)，不同功能結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，各模塊之間連接采用最優(yōu)方式。但是在模塊各零件設(shè)計(jì)過(guò)程中，各參數(shù)計(jì)算選擇主要從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度要求出發(fā)，很多零件為了匹配，比實(shí)際需求尺寸大很多。包括一些非關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)，均是根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇尺寸。這種設(shè)計(jì)不僅增加了整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量，同時(shí)增加了電機(jī)負(fù)載，造成了資源浪費(fèi)。在各模塊整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化也很重要。通過(guò)各零件之間最優(yōu)配合，使機(jī)械運(yùn)動(dòng)在實(shí)現(xiàn)功能前提下，實(shí)現(xiàn)最高傳動(dòng)效率，將能量消耗降到最低。臂部的關(guān)節(jié)應(yīng)該放在大臂上，不應(yīng)該放在小臂上，增加了小臂的重量，增大了小臂的傳動(dòng)力矩，以及增加了臂部傳動(dòng)負(fù)荷。（2）計(jì)算機(jī)的有限元的分析沒(méi)有做。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)有限元軟件的更深層次挖掘，對(duì)零件的強(qiáng)度和剛度和臂部的力學(xué)分析，會(huì)得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。這個(gè)以后可以作為后續(xù)學(xué)習(xí)的方向。 (3) 移動(dòng)機(jī)械臂自主控制系統(tǒng)的建立有待于進(jìn)一步研究，以及它的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，路徑規(guī)劃技術(shù)，實(shí)時(shí)視覺(jué)技術(shù)，定位和導(dǎo)航技術(shù)，多傳感集成和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，高性能計(jì)算技術(shù)，無(wú)線通信與因特網(wǎng)技術(shù)問(wèn)題也是多個(gè)有待研究的方面。移動(dòng)機(jī)器人在未來(lái)生活中，包括消防、探測(cè)等危險(xiǎn)作業(yè)中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣。包括在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用將是發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是我國(guó)國(guó)防科技行業(yè)重點(diǎn)支持的方向之一。通過(guò)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在整體系統(tǒng)的各各方面積累了比較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，相信經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展和改進(jìn)移動(dòng)機(jī)器人將走向成熟和實(shí)用化。未來(lái)移動(dòng)機(jī)器人將有以下主要特點(diǎn):(1)更優(yōu)的性能質(zhì)量比。(2)更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。(3)更高的智能性能。(4)具有成熟的搭載系統(tǒng)。相信隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，本系統(tǒng)的研究將具有很大的市場(chǎng)潛力和廣闊的發(fā)展前景。致 謝論文是在導(dǎo)師周建平老師的精心指導(dǎo)下完成的，自論文的選題到各章中若干重要基本問(wèn)題的研究都傾注了導(dǎo)師的智慧。周老師淵博的知識(shí)、敏銳的洞察力以及富于啟發(fā)性的分析使我受益匪淺，周老師嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的治學(xué)作風(fēng)和勤奮進(jìn)取的工作精神使我受到極大的鞭策。在此，謹(jǐn)向我最尊重的周老師老師致以最誠(chéng)摯的謝意!感謝泰科院的老師們?cè)谖仪髮W(xué)期間給予的關(guān)心和幫助。感謝同學(xué)們給予我許多無(wú)私的幫助，謹(jǐn)祝他們?cè)诟鞣矫孢M(jìn)步順利! 特別感謝我的父母，他們一直無(wú)條件的支持我的學(xué)業(yè)和研究。感謝一切幫助過(guò)我的朋友，感謝網(wǎng)上提供資料的朋友……兩年來(lái)，我還得到了許多老師與諸多同學(xué)的大力支持與幫助，在此向所有曾經(jīng)關(guān)心和幫助我的人一并表示感謝!最后還要感謝百忙中抽出時(shí)間審閱我論文的老師，對(duì)他們的付出表示真誠(chéng)的感謝! 參 考 文 獻(xiàn) [1] ［J］. 機(jī)器人，2004（11）：103~106.[2] 朱世強(qiáng)，［M］. 杭州：浙江大學(xué)出版社，2001.[3] 姜虹，［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù),1999，18（3）：432~434.[4] ［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),1998，24（3）：354~361.[5] 張毅等. 移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.[6] 劉極峰. 機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)［M］. 北京：高等教育出版社，2006.[7] 蔣新松. 機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論［M］. 沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.[8] ，一種新型的機(jī)器人移動(dòng)結(jié)構(gòu)［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003（4）：120~123.[9] 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