伺服电机驱动的单轨道多关节型机器人设计(4)
本文设计的机器人用于焊接作业，主要解决的问题是怎样实现手腕的灵活运动，如何选择合适的伺服电机和合理的控制方式，设计合理的减速传动机构等。
2.2 机械臂方案的设计
手臂的主要作用是改变手腕的空间位置，决定位置的三个自由度可以为转动关节也可以为移动关节。在开题报告中，设计了三种候选方案。每个方案都有各自的优点，但也有不足。综合比较三者在焊接作业中的适用性，最终选择了方案三。方案三中，机械手臂由三个转动关节组成，机身能在导轨上自由移动。机械手臂能够灵活地实现俯仰和转动，动作非常灵活，工作空间范围也能满足大部分要求，而且自由度较少，控制更加方便快捷。本文中，对机械手臂的详细结构进行了设计，并得出两种方案，两种方案的三文图如图2.1和2.2所示。
图 2.1 方案一三文图
图2.2 方案二三文图
比较这两个方案，不难发现，方案二机构更紧凑，更美观，各部件尺寸更加合理。当然，这只是最终方案的一个雏形，在接下来的文章里，还要对有些地方做一些调整，使其达到既美观又使用的目的。
2.3.总体结构设计
总体方案确定后，利用CAD画出机械手臂的三视图，下面是效果图，图纸附在附录一。如图2.3所示为机械手臂三视图。
图2.3 机械手臂CAD三文图
该多关节焊接机器人各部件的组成及功能介绍如下：
（1）底座组成：底座包括底座、要转关节减速箱、轴承、密封装置等，底座固定在滑块上，减速箱内安装有电机，能带动与导轨啮合的齿轮，实现机身在导轨上的滑动，同时底座还能支撑整个机身，十分牢固。
（2）腰部回转关节：腰转关节由滑动轴承底座、轴瓦、轴套和腰转关节轴组成。底座安装牢固，既能承受轴向的负载，也能承受较大的径向负载，能够保证机械手平稳安全的运转。
（3）大臂减速箱：它由箱体、两级齿轮减速机构、伺服电机和高低速轴组成。通过减速器的减速作用，能使大臂达到满足的转动速度，从而减小晃动。
（4）大臂总成:大臂包括大臂和大臂限位块等，重量较轻，限位块起限制大臂转动角度的作用。（5）小臂总成：包括手腕差速机构减速箱和小臂，差速机构减速箱由蜗轮蜗杆减速装置组成，小臂的设计业尽量减轻了重量，不加重负载，实现轻载高效地运行。
（6）手腕部分：由手腕差速机构和焊机头组成，手腕差速机构能够很好地实现手腕的回转和俯仰，设计十分合理。
该焊接机器人充分体现了简单、经济、使用的设计构想，具有以下几个特点：
（1）结构紧凑：所以的减速机构都安装在箱体内部，所占用的空间大大减小，避免与外界环境接触而产生污染而缩短使用寿命，也有效的减小了噪声。
（2）安装方便:大臂和小臂与减速箱之间的连接采用简单的键连接，底座与轴的安装也考虑了很多实际中安装方便与否的问题。
（3）焊接精确:由于减速机构采用多级齿轮减速和蜗轮蜗杆减速，较少使用皮带轮，尽量使用同步带来保证传动的精确，而且手臂采用空心结构，质量大大减轻，减小了转动惯量，使运动更加平稳。在焊接过程中，焊接的精确度关系到焊机的最终质量，因此，这个特点十分重要。