图2-1 几种多自由度机器人手臂构形
2.3.1.2 机器人手臂结构方案的对比分析及选择
参考国内外工业机器人的典型结构[18]，设计机器人机构如图2-2所示。
图2-2 该机器人机构简图原文请+QQ324,9114优'文^论,文'网
本方案中，关节具有6自由度，能同时联动，并能实现正反向灵活转动，设计多自由度工业机器人，由驱动、减速、支撑机构、传动机构等单元组成，实现能量的转换，获得一定运动速度下的承载能力，完成抓取目标后达到所预定的功能。
2.3.2 机器人手臂结构设计
依据设计方案，设计串联多关节机器人为6关节结构，其关节分布如图2-3所示。关节1、3、6为回转关节，三个关节结构相同，部分部件尺寸有所差异，旋转轴与机器人轴线重合，关节2、4、5为旋转关节，三个关节结构相同，部分部件尺寸有所差异，旋转轴与机器人轴线垂直。每个关节由驱动电机与配套的传动机构组成。 毕业论文
http://www.youerw.com/图2-3 机器人总体模型图
关节1-指关节；关节2-掌关节；关节3-腕关节；
关节4-肘关节；关节5-肩关节；关节6-腰关节
机器人主要技术指标如表2-1所示：
表2-1 机器人主要技术指标
关节1 关节2 关节3
驱动转矩 2.9Nm 5.8Nm 5.8Nm
最高转速 60rpm 37.5rpm 60rpm
转动惯量 0.03kgm2 0.12 kgm2 0.12 kgm2
2.4 机器人手臂驱动方案设计
2.4.1 机器人驱动方案的对比分析及选择
通常，机器人驱动方式有以下四种：
(一)步进电机驱动：步进电动机是一种增量运动的电磁执行元件，这种元件是将数字脉冲输入转换为旋转或直线增量运动的一种装置，当采用适当的控制时，步进电动机的输出步数(转角位移量)总是和输入的电脉冲数相等，因此它可以作为开环位置系统工作[19]。在增量运动方面，步进电动机可以用作具有迅速加速、减速和停机能力的起停运动控制器。原文请+QQ3249'114优'文^论,文'网
(二)直流伺服电机驱动：直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动力矩，相对功率大及快速响应等特点，并且控制技术成熟。但其结构复杂，体积偏大，成本较高，而且需要外围转换电路与微机配合实现数字控制。若使用直流伺服电机，还要考虑电刷放电对实际工作的影响。
(三)交流伺服电机驱动：交流伺服电机结构较简单，体积较小，运行可靠，使用文修方便，价格比直流伺服电机便宜，但高于步进电机。随着可关断晶闸管GTO，大功率晶闸管GTR和场效应管MOSFET等电子器件、脉冲调宽技术和计算机控制技术的发展，交流伺服电机在调速性能方面可以与直流电机媲美[20]。采用16位CPU+32位DSP三环（位置、速度、电流）全数字控制，增量式码盘的反馈，可达到很高的精度。三倍过载输出扭矩，可以实现很大的启动功率，提供很高的响应速度。
(四)液压伺服马达驱动：液压伺服马达具有较大的功率/体积比，运动比较平稳，定位精度较高，负载能力也比较大，能够抓住重负载而不产生滑动，从体积、重量及要求的驱动功率这几项关键技术考虑，不失为一个合适的选择方案。但是，其费用较高，而且其液压系统经常出现漏油现象，文护不方便。
由于本课题研究的机器人的额定负载较小，体积和重量均要求较小，传动精度要求较高。综合分析后，决定6关节均采用交流伺服电机驱动。毕业论文
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2.4.2 各关节交流伺服电机的选择
对于腕部的三个关节，参考了国内外同类产品的技术指标进行电机选型。对于末端执行关节来说，减速装置要求结构灵活轻巧、便于文护，故末端三个关节的传动系统均采用定制的行星轮减速器。
而对于臂部的三个关节，对于电机的选型方面主要做了驱动功率上的匹配，即能驱动该机器人在最高转速下时的最大负载，而此时臂部的长度与臂部及腕部的各零部件的质量采用估计值进行推算，为了保证机器人的正常安全运行，选用1.5倍的安全系数，保证了系统一定的冗余度。考虑到电机驱动特性的一致性与驱动程序的通用性，在电机选择的过程中，选取了同一家公司（深圳泰科智能伺服技术有限公司）生产的交流伺服电机。该类型电机一般能在较大范围内调速使用，其功率是变化的，一般只用力矩来衡量。力矩与功率换算如下：
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