带机械臂的全方位轮式机器人设计+CAD图纸(11)
（4）位置精度要高。
本文设计的手臂是摆动关节，杆件B是为装配舵机设计成如图3.6所示结构，此时舵机自身也参与了杆件的组成，这样既节约了材料和设计空间，又增加了机械臂的刚度。杆件C是为了支撑舵机轴而设计，它与舵机的配合形成了机械臂的摆动关节，关节处无轴承配合，而是通过舵机摇臂和舵机主体之间的相对主动来实现关节驱动的。
1．杆件B 2. 舵机 3.杆件C
图3.6 杆件B与舵机配合图
杆件A和杆件B通过螺栓连接即可形成一个完整的杆件，通过杆件A和B的组合设计具有以下几个优点：
（1）使关节间距可调。通过调节A和B的长度，就可以调整机械臂中两关节的距离，使机械臂的长度可调。
（2）调节机械臂的重心位置：舵机的内部结构是未知的，因此其重心可能不在其几何中心，而调整两者之间的距离可以平衡掉重心位置造成的不良影响。
通过摆动关节和回转关节的组合就可以形成完整的机械手臂。
3.2.3 机械臂电机的选型
人们往往关心的是机器人的末端位置和姿态，而舵机有非常好的位置可控性，带有精密的减速器，具有其他同等尺寸的电机无可比拟的输出力矩，因此我们选择舵机作为关节驱动器。机械臂的结构如图3.7所示，其中第1关节的舵机需要提供的力矩最大。
3.7 机械手臂结构图
机械臂各杆件处于水平时候对第一关节产生最大的力矩，计算方法是等效
的方式，即将末端执行器及假想的欲抓取目标单独计算。
关节1（负载最大）是大臂俯仰自由度，用一个最大的舵机 SXSV50舵机，技术参数如图所示：
关节2是小臂俯仰自由度，选用舵机型号为春天30ＫG（春天30KG公斤金属齿大扭力数码舵机S8166M/S8466M），技术参数如图
关节3是腕部的俯仰自由度，用春天30ＫG（春天30KG公斤金属齿大扭力数码舵机S8166M/S8466M）
转动关节4是腕部的偏转自由度，用春天30ＫG（春天30KG公斤金属齿大扭力数码舵机S8166M/S8466M）
3.3 本章小结
机械手臂是机器人最终工作的执行者,本文模仿人的手臂设计了三关节机械臂，同时采用杆件可换的组合结构使机械臂杆件长度可调，可对前方一定范围内目标进行抓取。肩关节和肘关节采用转动结构，而手腕则采用回转结构，末端执行器采用开合式两指结构。采用舵机控制手臂的转动。设计的抓取最大重量为3kg。可实现设计范围内的工作要求。
4. 机械材料选择和零件的校核
4.1机械材料选用原则
机械零件材料的选择是机械设计的一个重要问题，不同材料制造的零件不但机械性能不同，而且加工工艺和结构形状也有很大差别。机械零件常用的材料由黑色金属、有色金属、非金属材料和各种复杂的复合材料等。
选择材料主要应考虑以下三方面的问题。
A）.使用要求
使用要求一般包括：零件的受载情况和工作状况；对零件尺寸和质量的限制；零件的重要程度等。
若零件尺寸取决于强度，且尺寸和重量又受到某些限制，应选用强度较高的材料。静应力下工作的零件，应分布均匀的（拉伸、压缩、剪切），应选用组织均匀，屈服极限较高的材料；应力分布不均匀的（湾区、扭转）宜采用热处理后在应力较大部位具有较高强度的材料。在变应力工作的零件，应选用疲劳强度较高的材料。零件尺寸取决于接触强度的，应选用可以金星表面强化处理的材料，如：调质钢、渗碳钢、氮化钢。
零件尺寸取决于刚度的，则应选用弹性模量较大的材料。碳素钢与合金钢的弹性模量相差很小，故选用优质合金钢对提高零件的刚度没有意义。截面积相同，改变零件的形状与结构可使刚度有较大提高。
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