七自由度柔性机械臂机构说明

7个自由七自由度柔性机械臂机构说明设计目标由于人工成本的不断提升，人们的刚性需求也不断的扩大，生产自动化越来越被人们所重视。也是社会发展的必然。让机器人去完成一些高危、肮脏、重复、精度高的工作。由此，设计一款高 精度，高灵活性的机器臂显得更为重要。设计的目标：高精度仿人工业机器人。运用先进的仿生理论与柔性设计为基础，设计开发用二次式运动反馈来实现其高精度控制，合理的仿人机构来完成动动。机械臂整体设计方案一、功能需求：满足实现模仿人类手臂的基本功能，自由度包括手臂的肩部的抬起，摆动，旋转，肘部的弯曲，腕部的旋转，弯曲，摆动共度。（图一）图一图二二、优化后确定的构型：自由度包括手臂的肩部的摆动，抬起，大臂旋转，肘部的弯曲，小臂的旋转，腕部的弯曲，摆动共7个自由度。（图二）三、驱动模块示意设计：（图三）胡克定律是力学基本定律之一。适用于一切固体材料的弹性定律，它指出：在弹性限度内，物体的形变跟引起形变的外力成正比。这样增加了力的反馈测量。在弹性材料在弹性限度内形变时，测得其形变量，从而计算出受力与关节下方所处的位置。弹性复位机构被驱动部件转动输出部件被驱动部件可 相对传动以缓 冲1 .先进行测试图三四、机械臂的具体设计方案，（图四）五、各关节的受力分析:基本尺寸图（图五）图五L1=426mm, L2=293mm , L3=108mm , L4=442mm六、马达的初选谐波减速器的优点：Harmonic减速器结构简单，体积小，重量轻、啮合的齿数多、承载能力大、运动精度高、运动 平稳、间隙可以调整、传动效率高、同轴性好、可实现向密闭空间传递运动及动力。瑞士 Maxon电机优点：套全面。瑞轴向窜动和径向跳动小、温度范围大、回差小等，并且电机型号全编码器与抱闸与控制器配士 Maxon电机与日本Harmonic谐波减速器选型需求示例图片：马达6T达4马达5图六：马达648g1EC90flat 90W 扭力：4.67 nm 0.387nm ;转速：3190rpm ;重量：减速器 420g ;重量：CSG25-160 减速比：1:160；最大扭力：314nm；正常：176nm 1:马达 300g 2；重量：EG4pole max30 200W 扭力： 3.18 nm 0.112nm ；转速： 17000rpm ：减速器 420g ；重量： CSG-25-160 减速比： 1:160 ；最大扭力： 314nm 2； 正常： 176nm ： 马达 扭力： 2.66nm0.16nm ； 转速： 9840rpm ； 重量： 580g3EC max40 170W:减速器150g;扭力最大：减速比：1:120112nm ;正常：70nm 3;重量：CSG17-120马达 110g;重量：EC45flat 70W 扭力：0.82nm0.13nm ；转速：4840rpm 4 :减速器 280g 120nm ；重量：减速比： 1:160 ；最大扭力：191nm 4；正常：CSG-20-160：马达 210g ；重量： EC-4pole max30 100W 扭力： 1.24nm 0.0 63nm ；转速： 17800rpm 5：减速器 ；重量： 100g1:100 ；最大扭力：71nm ；正常：537nmCSD SHD-17-100 减速比： ：马达 110g4840rpm 重量： EC45flat 70W 扭力： 0.13 nm 0.17nm 6； 转速： ： 减速器 50g； 重量： ； 最大扭力：25nm ； 正常： 611nmCSF-11-100 减速比： 1:100 马达： EC-4pole max30 100W 扭力： 1.24nm 0.0 63nm ； 转速： 17800rpm ；重量： 7210g减速器： CSF-11-100 最大扭力：25nm ；正常：11nm ；重量： 750g说明： EC45flat 70W 要更换为 EC-I40 70W+MR七、受力分析：有效扭力计算公式： (堵转 -连续) *0.3+ 连续 质量分配：设大臂小臂均为，外径D=110mm ，假设主体为外壁壁厚为L=5mm 的铝壳，长度为H=250mm ，则体积为： 412cm3 ，铝的密度2.7g cm3 ，外壳质量为1.1kg大臂部分质量有马达3 (580g)减速器(150g),外壳(1.1kg);小臂部分有马达 4567 (110g,210g， 110g ， 210g) ，减速器 4567 ( 280g， 100g， 50g ， 50g) ， 外壳( 1.1kg) ；手部主要是灵巧手的质量设为1kg;外加假设载荷 6kg o质量分配示意图如：图七G1G2G3图五图七;则可得 G1=0.58+0.15+1.1=1.83kg=2.22kg (0.11+0.21+0.11+0.21 ) + (0.28+0.1+0.05+0.05 )+ 1.1G2=G3=1+6=7kg2=3.96nm / 则大臂最大转动惯量大臂 M1=g*G1*L4/2=9.8*1.83*0.4422=3.19nm / 小臂 M2=g*G2*L2/2=9.8*2.22*0.293M3= g*G3*L3=9.8*7*0.108=7.55nm手L3+L2+L4) + g*G3* (M1 总惯量为大臂处总=M1+ g*G2* ( L2/2+L4 ) +9.8*7*(0.108+0.293+0.442/=3.96+9.8*2.22*(0.2932+0.442) =3.96+12.8+57.83=74.59nm=30.70nm (0.108+0.293 ) 小臂处 M2 总=M2+ g*G3* (L3+L2) =3.19+9.8*7*八、马达型号确认：马达176nm；正常：1；扭力：4.67 nm 0.387nm ,减速比：1:160,最大 扭力：314nm74.59nmM1 总的则扭矩为，747nm, 61.92nm 包含：马达 176nm ； 3.18 nm 0.112nm ；减速比：1:160最大扭力：314nm；正常：2扭力：74.59nm 总的190.8nm , 17.92nm 包含M1则扭矩为， :马达；112nm；减速比：1:120；最大扭力：；正常：370nm 扭力：2.66nm0.16nm30.70nm总 包含M219.2nm 则扭矩为，319.2nm ,马达；191nm；正常：120nm ；最大扭力：4:扭力： 0.82nm0.13nm ；减速比：1:16030.70nm 包含 M2 总，则扭矩为，131.2nm20.8nm:马达 37nm ； 1:100；最大扭力： 71nm；正常：减速比： 5 扭力：1.24nm 0.063nm ； 7.55nm,包含 M3则扭矩为，124nm , 6.3nm马达：；11nm；正常：25nm ；最大扭力：1:100减速比：；0.82nm0.13nm 扭力：6.7.55nm,13nm 大于M3则扭矩为，82nm :马达；正常：减速比：1:100；最大扭力：25nm 711nm 扭力：1.24nm 0.0 63nm ； 7.55nm , 6.3nm包含 M3 贝U扭矩为，124nm ,结论：马达参数没有异常。马达报价：13246rmb公开单价EC90flat 90W+HEDL5540公开单价5982rmb CSG-25-160-2A-GR 马达一 13246rmb 公开单价 EC-4pole max30 200W+MR 公开单价 7372rmb CSG-25-160-2A-GR 马达二 9238RM吆开单价 6259rmb CSG-17-120-2A-R 公开单价 EC40 170W+HEDL5540 马达三公开 EC-I40 70W+MR)公开单价 4302rmb CSG-20-160-2A-GR EC45flat 70W (最好用 马达四11019rmb单价8393RMB259rmb CSD SHD-17-100-2A-R 公开单价 EC40 170W+HEDL5540公开单价 马达五 公开 4302rmb CSF-11-100-2A-R(最好用 EC45flat 70WEC-I40 70W+MR) 公开单价 马达六 5308RMBB价5308rmb CSF-11-100-2A-R 公开单价 EC-4pole max30 100W+MR 公开单价 6587rmb 马达七，我给你的 价格是我别的项目时个点幅度，谐波需要和日本确认后，日本才能给我们正式 offer电机是1-4台的价格，大概有7个点的浮动价格，作为参考，一般有 10如 果电单套数量5台，公开价还要低Harmonic九、各运动角度计算：序号名称角度大小a角度范围B备注肩关节旋转 225 1<<180 a 135901=- 0外向内.肩关节上下 1202<a < 90 15 902=- 0前向后4567891 012上臂旋转120 < a 3<150B 3=90 270 3外向内肘关节 <120 a 4< 1504=0 150 0前向后小臂旋转 <90 a 5< 120150 0 5=0 。外向内腕关节上下 6<<90 a 120 45 6=- 0 90前向后腕关节左右7< a <40 90 B 7=- 30 30上向下十、结构模型说明12111,关节一 2,关节一弹性材料 3,关节二四连杆，4,关节二连杆 5,大臂 6,大臂转动关节 7,关节四弹性材料 8,关节五 9关节六弹性材料 10,关节六连杆 11,，关节 七弹性材料12关节七.整体图与身体连接法兰轴承固定零件柔性材料腔体抬大臂活动连杆柔性材料驱 动.抬臂柔性材料腔体大臂外铝支架大臂下轴承固定零 件.手腕连杆手腕万向节Csd-25-160谐波减速器2 .三自由度平台2.15号测试平台方案）3 .先做一个刚性的测试平台（零件、两个方案、电机驱动、4 .结构发给老师（动力分析建模）5 .提供弹性系数、负载、6 .整个机构的零件质量（动量）与尺寸（力臂）提供模型给7 .电机、减速机、编码器方案细化 8.9 .节前去采购电机 maxon ,（编码盘）增量式两套。10 .成本核算-蔡11 .外观设计2月15号之前完成12 .外观设计完成后（2月15号左右）再讨论一次13.