【正文】 末端工作空間并沒有考慮機(jī)器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對機(jī)器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。 人工作空間的要求。 圖 33 大臂傳動設(shè)計 7電機(jī) 8小齒輪 9大齒輪 10 傳動軸 11同步帶 13 圖 34 小臂傳動設(shè)計 5大臂 6小臂 機(jī)械手手臂的設(shè)計要求 機(jī)器人手臂的作用，是在一定的載荷和一定的速度下，實現(xiàn)在機(jī)器人所要求的工作空間內(nèi)的運(yùn)動。 圖 31腰部設(shè)計 1電機(jī) 1 5大臂 12 圖 33腰部內(nèi)部傳動設(shè)計 2蝸桿 3渦輪 4主軸 大臂和小臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié) 在大臂與肩部連接關(guān)節(jié)處安裝一驅(qū)動電機(jī) 7，帶動與之相 連的小齒輪 8 旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動與小齒輪 8 嚙合的大齒輪 9 旋轉(zhuǎn)，大齒輪旋轉(zhuǎn)使得與之相連的軸 10 旋轉(zhuǎn)，這樣最終轉(zhuǎn)動大臂 5，機(jī)構(gòu)設(shè)計如圖 33 大臂傳動設(shè)計 。 11 4 機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動方案的選擇 根據(jù)本設(shè)計的要求，參考國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu) [8]，初步對各個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方案單獨分析。末端執(zhí)行器：因為抓取的坯料形狀為長方體，載面積為，長度為，所以末端執(zhí)行器設(shè)計得開合范圍。小臂部件：包括小臂、傳動軸、同步傳動帶等，在小臂一端固定驅(qū)動手腕運(yùn)動的步進(jìn)電機(jī)。 工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運(yùn)動的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等）與驅(qū)動源（如液壓、氣壓或電機(jī)等）相配合，以實現(xiàn)手臂的各種 運(yùn)動 手臂分為大臂和小臂。機(jī)座作用是支撐部件，支承和轉(zhuǎn)動大臂部件 ,承受機(jī)械手的全部重量和工作載荷，所以機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。 表 22 各關(guān)節(jié)最大工作轉(zhuǎn)速 最大工作轉(zhuǎn)速 r/min rad/s 186。根據(jù)設(shè)計的要求及使用的范圍，定出該型機(jī)械手的主要性能參數(shù)如表 21 所示，其中 θ1 代表腰部轉(zhuǎn)動角度， θ2 代表大臂俯仰角度， θ3 代表小臂俯仰角度， θ4代表手腕起落角度， θ5代表手腕轉(zhuǎn)動角度。 方案的描述 機(jī)械手本體由機(jī)座，大臂，小臂，手腕，末端執(zhí)行器，和驅(qū)動裝置組成。 機(jī)械手的自由度的分配 本課題要求機(jī)械手臂能達(dá)到工作空間的任意位置和姿態(tài)，同時考慮到產(chǎn)品的長度為 150mm，采用單臂機(jī)械手進(jìn)行夾持和堆放，其中手爪的橫向尺寸為 200mm，綜合考慮后該機(jī)械手的五個自由度，其均為轉(zhuǎn)動自由度，其中機(jī)身腰部一個自由度，大臂小臂各一個自由度，手腕處兩個自由度。 （ 2）抓取和放下的時間盡可能的短。 （ 4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)型 有垂直關(guān)節(jié)型和水平關(guān)節(jié)型機(jī)械手，前三個關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，特點是動作靈活，工作空間大，占用面積小，缺點是剛度和精度較差。 y 為坐標(biāo)，位置函數(shù)為 P=f（ θ， 216。 （ 3）球坐標(biāo)型 具有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)。 （ 2）圓柱坐標(biāo)型 該機(jī)械手前三個關(guān)節(jié)為兩個移動關(guān)節(jié)和一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，以 θ，r， z 為坐標(biāo)，位置函數(shù)為 P=f（ θ， r， z），其中， r 是手臂徑向長度， z 是垂直方向的位移， θ 是手臂繞垂直軸的角位移。其手腕能擺動和旋轉(zhuǎn)。主動關(guān)節(jié)的數(shù)目成為機(jī)械手的自由度。以移動副相連的關(guān)節(jié)為移動關(guān)節(jié)。 與機(jī)械手有關(guān)的概念 [7] 自由度：機(jī)械手一般都為多關(guān)節(jié)的空間機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動副通常有很多移動副和轉(zhuǎn)動副。 再次，機(jī)械手是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須考慮到驅(qū)動和控制等方面的問題，這和一般的機(jī)械設(shè)計的產(chǎn)品設(shè)計不同。 其次，由于開鏈機(jī)構(gòu)相當(dāng)于一系列懸掛臂桿件串聯(lián)在一起，機(jī)械誤差和彈性變形的累積使機(jī)器人的剛度和精度大受影響。開鏈結(jié)構(gòu)使得機(jī)械手的運(yùn)動分析和靜力分析復(fù)雜，兩相鄰桿件坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系，末端執(zhí)行器的位姿與各關(guān)節(jié)變量之間的關(guān)系，末端執(zhí)行器的受力和各關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩（或力）之間的關(guān)系等，都不是一般分析機(jī)構(gòu)方法能解決的了的，需要建立一套針對空間的開鏈機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)，靜力學(xué)方法。 7 3 機(jī)械手方案的創(chuàng)成和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)械手機(jī)械設(shè)計的特點 串聯(lián)型機(jī)械手設(shè)計與一般的機(jī)械設(shè)計相比，有很多不同之處。如果把電機(jī) 2 也同樣安裝在機(jī)座上，那么 它的傳動則是一個問題，因為電機(jī) 1 和電機(jī) 2 均在機(jī)座上，并且都要傳動到腰部和肩關(guān)節(jié)，無疑會增加基座和腰部的體積，而且在絲桿的傳動中可以到達(dá)很高的速度，故把電機(jī) 2 安裝在機(jī)器人的頂部直接驅(qū)動齒輪。首先看一下機(jī)器人本體主要部件的布局。腕關(guān)節(jié)俯仰用電機(jī)驅(qū)動齒輪傳動實現(xiàn)。腕關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)動作比較簡單，因此可以直接用小電機(jī)帶動腕關(guān)節(jié)實現(xiàn)。 前臂機(jī)構(gòu)實現(xiàn)前臂的內(nèi)轉(zhuǎn) |外轉(zhuǎn)和腕關(guān)節(jié)的外展 |內(nèi)收兩個動作。由上臂外層，上臂內(nèi)層，定位螺釘，電機(jī)，齒輪組成。 肩部機(jī)構(gòu)實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動動作，電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動減速此輪傳動機(jī)構(gòu)，從而實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動控制各自由度的動作，簡單方便且功率大，各 自由度之間相互聯(lián)系且獨立，動作時互不干涉。度的左右來回擺動，可滿足機(jī)器人工作空間上高度的要求（肘部）；接著下去手腕的是俯仰機(jī)構(gòu)和擺動機(jī)構(gòu)，也可實現(xiàn)上下俯仰動作，也可完成左右擺動，分別實現(xiàn)手爪的俯仰和擺動，角度范圍為 60176。的俯仰要求（肩部）；與此相連部分為左右搖擺機(jī)構(gòu)，能夠完成 60176。的回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機(jī)器人本體除基座以外機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動（腰部）；與基座相連的轉(zhuǎn)動肩關(guān)節(jié)，可以帶動大臂，小臂，手腕及工件的上下轉(zhuǎn)動，幅度較大，可以滿足 60176。到 60176。 功能分析 該機(jī)構(gòu)是一個五自由度的工業(yè)機(jī)械手，能完成夾緊、旋轉(zhuǎn)、俯仰、搖擺以及回轉(zhuǎn)動作，可用于工業(yè)流水線上的操作。；手腕的末端安裝一機(jī)械手，機(jī)械手具有開閉能力，用于直徑 3045mm 工件的抓取。；小臂末端的手腕也可以擺動，水平和垂直擺動范圍為 60176。；小臂相對于大臂可擺動，擺動范圍為 60176。整個機(jī)械臂安裝在一個回轉(zhuǎn)支座上，回轉(zhuǎn)角度范圍為 360176。 例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)檢測系統(tǒng)三位一體化，由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)，國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問世。 國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢： (高速度、高精度、高可靠