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1、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7個自由度。（圖一）

2、 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。 1. 先進行測試 圖三 四、機械臂的具體設計方案，（圖四）

3、 五、各關節(jié)的受力分析： 基本尺寸圖（圖五） 圖五 L1=426mm，L2=293mm，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： 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套全面。 　瑞士Maxon電機與日本Harmonic諧波減速器選型需求 示例圖片：

4、 圖六 馬達1：EC90flat 90W 扭力：4.67 nm 0.387nm；轉速：3190rpm；重量：648g 減速器1：CSG-25-160 減速比：1:160；最大扭力：314nm；正常：176nm；重量：420g 馬達2：EC-4pole max30 200W 扭力：3.18 nm 0.112nm；轉速：17000rpm；重量：300g 減速器2：CSG-25-160 減速比：1:160；最大扭力：314nm；正常：176nm；重量：420g 馬達3：EC max40 170W 扭力：2.66nm0.16nm；轉速：9840rpm；重量：580g 減速

5、器3：CSG-17-120 減速比：1:120；扭力最大：112nm；正常：70nm；重量：150g 馬達4：EC45flat 70W 扭力：0.82nm0.13nm；轉速：4840rpm；重量：110g 減速器4：CSG-20-160 減速比：1:160；最大扭力：191nm；正常：120nm；重量：280g 馬達5：EC-4pole max30 100W 扭力：1.24nm 0.0 63nm；轉速：17800rpm；重量：210g 減速器5：CSD SHD-17-100 減速比：1:100；最大扭力：71nm；正常：37nm；重量：100g 馬達6：EC45flat 70W 扭力

6、：0.13 nm 0.17nm；轉速：4840rpm重量：110g 減速器6：CSF-11-100 減速比：1:100；最大扭力：25nm；正常：11nm；重量：50g 馬達7：EC-4pole max30 100W 扭力：1.24nm 0.0 63nm；轉速：17800rpm；重量：210g 減速器7：CSF-11-100 最大扭力：25nm；正常：11nm；重量：50g 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

7、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。 質量分配示意圖如：圖七 圖七 圖五 則可得G1=0.58+0.15+1.1=1.83kg； G2=（0.1

8、1+0.21+0.11+0.21）+（0.28+0.1+0.05+0.05）+1.1 =2.22kg G3=1+6=7kg 則大臂最大轉動慣量 大臂M1=g*G1*L4/2=9.8*1.83*0.442/2=3.96nm 小臂M2= g*G2*L2/2=9.8*2.22*0.293/2=3.19nm 手 M3= g*G3*L3=9.8*7*0.108=7.55nm 總慣量為 大臂處M1總=M1+ g*G2*（L2/2+L4）+ g*G3*（L3+L2+L4） =3.96+9.8*2.

9、22*（0.293/2+0.442）+9.8*7*（0.108+0.293+0.442） =3.96+12.8+57.83 =74.59nm 小臂處M2總=M2+ g*G3*（L3+L2）=3.19+9.8*7*（0.108+0.293）=30.70nm 八、馬達型號確認： 馬達1：扭力：4.67 nm 0.387nm，減速比：1:160，最大扭力：314nm；正常：176nm； 則扭矩為，747nm，61.92nm 包含M1總的74.59nm 馬達2：扭力：3.18 nm 0.112nm；減速比：1:160最大扭力：314nm；正常：176nm；

10、則扭矩為，190.8nm，17.92nm 包含M1總的74.59nm 馬達3：扭力：2.66nm0.16nm；減速比：1:120；最大扭力：112nm；正常：70nm； 則扭矩為，319.2nm，19.2nm 包含M2總30.70nm 馬達4：扭力：0.82nm0.13nm；減速比：1:160；最大扭力：191nm；正常：120nm； 則扭矩為，131.2nm，20.8nm 包含M2總30.70nm 馬達5：扭力：1.24nm 0.063nm；減速比：1:100；最大扭力：71nm；正常：37nm； 則扭矩為，124nm，6.3nm 包含M3，7.55nm

11、 馬達6：扭力：0.82nm0.13nm；減速比：1:100；最大扭力：25nm；正常：11nm； 則扭矩為，82nm，13nm 大于M3，7.55nm 馬達7：扭力：1.24nm 0.0 63nm；減速比：1:100；最大扭力：25nm；正常：11nm； 則扭矩為，124nm，6.3nm 包含M3，7.55nm 結論：馬達參數(shù)沒有異常。 馬達報價： 馬達一EC90flat 90W+HEDL5540 公開單價5982rmb CSG-25-160-2A-GR 公開單價13246rmb 馬達二EC-4pole max30 200W+MR 公開單價7372rmb CSG-2

12、5-160-2A-GR 公開單價13246rmb 馬達三EC40 170W+HEDL5540 公開單價6259rmb CSG-17-120-2A-R 公開單價9238RMB 馬達四EC45flat 70W（最好用EC-I40 70W+MR) 公開單價4302rmb CSG-20-160-2A-GR 公開單價11019rmb 馬達五EC40 170W+HEDL5540 公開單價6259rmb CSD SHD-17-100-2A-R 公開單價8393RMB 馬達六EC45flat 70W（最好用EC-I40 70W+MR) 公開單價4302rmb CSF-11-100-2A-R 公開單價5

13、308RMB 馬達七EC-4pole max30 100W+MR 公開單價6587rmb CSF-11-100-2A-R 公開單價5308rmb 電機是1-4臺的價格，大概有7個點幅度，諧波需要和日本確認后，日本才能給我們正式offer，我給你的價格是我別的項目時價格，作為參考，一般有10個點的浮動 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α 角度范圍β 備注 ① 肩關節(jié)旋轉 180°<α1< 225° β1=-135°～90° 外向內 ② 肩關節(jié)上下 90°<α2<120° β2=-90°～15°

14、 前向后 ③ 上臂旋轉 120°<α3<150° β3=90°～270° 外向內 ④ 肘關節(jié) 120°<α4< 150° β4=0°～150° 前向后 ⑤ 小臂旋轉 90°<α5< 120° β5=0°～150° 外向內 ⑥ 腕關節(jié)上下 90°<α6< 120° β6=-90°～45° 前向后 ⑦ 腕關節(jié)左右 40°<α7< 90° β7=-30°～30° 上向下這個沒有具體的坐標軸，不好判斷，比劃了一下沒找對感覺，個人覺得應該稍大于一般人的關節(jié)運動范圍?？梢栽俸藢嵰幌隆? 十、結構模型說明 1，關節(jié)一 2，關節(jié)一彈性材料 3，

15、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 12，關節(jié)七彈性材料 整體圖 與身體連接法蘭 軸承固定零件 柔性材料腔體 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 3. 先做一個剛性的測試平臺（零件、兩個方案、電機驅動、2.15號測試平臺方案） 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 8. 方案細化 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