2.2  机器人手臂结构方案设计
    手臂的总体设计是工业机器人设计的首要问题,主要有包括总体方案设计和基本技术参数设计。
2.2.1 方案一
 
图2.1  方案一
方案优缺点分析说明:优点:运动直观性强,工作范围大。缺点:机械臂尺寸的结构的限制,不能抓取离自身太近的工件。
驱动与控制:按照设计任务书要求,驱动为步进电机驱动。控制采用PLC控制,控制流程为:

控制系统(PLC)    驱动系统    执行机构      立柱、手部、手臂、手腕
              位置检测装置
2.2.2 方案二
 
图2.2 方案二
方案优缺点分析说明:以上这个方案的导杆和丝杠都可以买到(当然也可以定制),两端的架子要自己加工,尺寸根据刚度计算的结果定。机器人安装在右侧,左侧安装电机和减速器,两边在设计上力求重量接近,这样对下方导杆的弯矩可以抵消些。电机带动丝杠转动,电机+导杆+机器人一起平动。方案应该可行,缺点就是“大滑块”比较复杂,要自己设计,制造成本高。
驱动与控制:按照设计任务书要求,驱动为步进电机驱动。控制采用PLC控制,控制流程为:
控制系统(PLC)    驱动系统    执行机构      立柱、手部、手臂、手腕
              位置检测装置
2.2.3 方案三
 
图2.3 方案三
方案优缺点分析说明:优点:占据空间小,当把整个“龙门型导轨”倒转,下面两导轨安装在一个立门架上工作范围会更大。缺点:运动直观性差,驱动控制比较复杂。
驱动与控制:按照设计任务书要求,驱动为步进电机驱动。控制采用PLC控制,控制流程为:
控制系统(PLC)    驱动系统    执行机构      立柱、手部、手臂、手腕
              位置检测装置
2.2.4 终选方案
综合对比以上方案,方案三结构紧凑,占用安装空间小,工作范围更大,运动更灵活自由,同时可绕过障碍物运送或提取工件,也能抓取离自身较近的工件。方案三机械臂机构部分还具有动作运动惯性小、通用性强,有着更高的定位精度等优点。因此,方案三为选方案。
 图2.4 最后三文效果图
3 结构设计及计算
3.1 结构设计
    参考国内外工业机器人的典型结构,初步对各个回转关节的结构单独分析。  
(1) 腰部回转关节
图 3.1 腰部回转示意图 1
方案一:如图3.1左图所示,电机安装在底座下面,其输出轴经行星减速器减速后,直接带动第一关节输出轴,使整个腰部在基座上回转。  
    方案二:如图3.1右图所示,电机安装在底座上面,其输出轴先经行星减速器减速,再经一对齿轮减速后,由第一关节输出轴带动整个腰部在基座上回转。
    两种方案在传动实现上,都是可行的。均采用了减速比大、体积小、重量轻、精度高、回差小、承载力大、噪音小、效率高、定位安装方便的行星减速器。虽然方案二在安装和文修方面优于方案一,但是方案一的传动结构简单一点,而且少了一对普通直齿轮,其整体结构并不复杂,电机经行星减速器减速后,速度己经较低,噪音问题不突出。故综合考虑,腰部回转关节选择方案一。
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