救援机器人结构设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 I 救援机器人结构设计 摘要 ： 火灾的发生快速而迅猛，很多时候由于空气中残留 大量 易燃易爆气体，使得救援工作很难开展。 全世界很关注 救援机器人 的发展，因为救援机器人体积灵活，可以持续工作，能够及时就出遇害人员。 文中 对救援机器人国内外的发展和研究作了详细介绍，强调了本文使用救援机器人的必要性。 本文 通过对救援机器人国内外的发展趋势和具体应用 ， 了解了 救援机器人的好处。本文对救援机器人提出了总体的设计方案和自由度结构的设计，做出了详细的计算。 最后设计行走机构和机身 设计。机械臂采用四关节机械手。 关键字： 救援机器人 ； 结构设计 ； 模块化分析 ； 四关节机械手 of of of as in of s of of at of of of 录 摘要 . I . 录 . 绪论 . 1 题研究意义 . 1 内外救援机器人研究现状 . 1 援机器人发展趋势 . 3 2 救援机器人总体方案的确定 . 4 动系统设计 . 5 动方式 . 5 定负载 . 5 动速度 . 5 3 行走机构的设计 . 6 走机构方案的讨论 . 6 走机构结构设计 . 6 小锥齿轮的设计和校核 . 11 出轴的设计和校核 . 13 的校核 . 19 摆臂的设计 . 20 4 机身设计及大臂的 设计 . 21 身的设计 . 21 撑架的设计 . 21 座的设计 . 21 身箱体材料的选择 . 21 身的结构设计及制造工艺 . 21 臂的设计 . 21 臂的材料选择 . 22 大臂部结构设计 . 22 臂电机及减速器选型 . 22 5 机械手小臂结构设计 . 24 部的设计 . 24 部设计 . 24 腕偏转驱动计算 . 25 分析及计算 . 28 承的寿命校核 . 29 的强度校核 . 30 总结与展望 . 31 参考文献 . 32 致谢 . 34 1 1 绪论 由于现在 的环境恶化越来越严重，很多灾害不断发生，有些情况是我们无法控制的，因此广泛的使用救援机器人是必然的趋势 1。 因为在灾害发生之后，灾害现场的复杂性和危险性使得救援工作进行缓慢。 据大量数据表明，如果在灾难发生后的 48 小时之内救不了那些幸存者， 他们的死亡 率就会急剧上升 。 而在危险又紧急的情况下，如果救援工作不能及时展开，这无疑是对遇害人员生命的威胁。 这种情况下，使用救援机器人进行辅助营救就显 的非常重要 2。 课题研究意义 火灾的发生往往迅猛，消防员很难进入使得火情得到控制。救援工作 受到 空间限制、高温浓烟、危险 物质的影响，使得遇害人员不能够及时的得到救助。 火灾 救援机器人 应该小巧 灵活， 在救援过程中 能够克服各种 障碍， 适应各种复杂环境。 很快找到幸存者的位置并且可以避免消防人员进入救援现场受到事故二次发生的伤害 3 火灾救援机器人还能克服高温，浓烟的环境 ， 持而有序的长时间进行救援，所以 研 究 火灾 救援机器人在救援工作中有着重要的意义。 国内外救援机器人研究现状 机器人技术起初是为了进行 军事战场的战情侦查和战场清扫等工作，在上个世界的 八十 年代以前， 就有人已经提出将机器人用在救援上面 。 自从发生了 美国俄克拉荷马州的 大楼爆 炸案和日本神户 大阪的地震 之后 ， 救援机器人的应用 得到了充分的肯定，各个国家也开始了对救援机器人的研究 5。 机械人技术的研究，在 2001 年美国 件中得到了实践，美国机器人研究中心和相关的参研单位共同开发了救援机械人，其结构示意图如图 示。它们是司的 统、 统以及 司的 统和统，机器人在此次救援行动中取得了成功。 但是在应用的同时也发现了视野狭窄、控制方式不好等缺点 6。 2 图 援机器人系统 在 器人发挥了重要的作用，同时 引发了对机器人研究的热潮，在广大科研人员和高校等相关单位的共同努力下，取得了大 量的研究成果，无论是理论上还是实际应用上，都取得了突飞猛进的成果 ，研制出了各式各样 用于侦查和搜救 的救援机器人 。 主要典型的有履带式机器人 、 蛇形机器人 、飞行 机器人 等几类 7 （ 1）履带式 机器人 履带式 救援机器人是将履带套在车轮上，从而增大受力面积，使得机器人能够适应各种复杂地形 。复合式履带可以调整爬坡角度和方向，因此具有很好的越野性能，其结构示意图如图 图 带式机器人 3 （ 2） 蛇形（蠕虫）机器人系统 蛇形机器人主要结合仿生学的相关经验，它通过模仿自然界肢节动物，例如蛇的运动特点而设计。其结构如图 图 形机器人 （ 3） 飞行机器人 飞行机器人由美国在 20世纪 30年代率先提出的， 俗话说：站的高看的远 。飞行机器人用于高空作业，视野更宽阔，观察范围更广 9。 如图 图 行机器人 救援机器人发展 趋势 来救援机器人研究的迅速进展，解决了一系列困扰救援机器人发展的问题，机器人由半自主向全 自主方向发展。 由于单个机器人的各种功能不完善，所以现在救援机器人正向群体发展 10。 4 2 救援机器人 总体方案的确定 救援机器人是 为救援而采取先进科学技术研制的机器人， 经查阅资料可知，主要运用的是系统工程学中具有的学科分支知识来解决问题 11。 根据系统学分析，我们要将机器人的各个零件设计有序合理的组合在一起，使其功能能够更加完善 12。 救援机器人通常包括 驱动系统 和 控制系统 组成 。驱动系统，它包括作为动力源的驱动器，驱动单元，伺服驱动系统由各种传动零、部件组成的传动系统。控制系统，它主要包括具有运算、存储功能 的电子控制装置（计算机或其他可编程编辑控制装置），人 机接口装置（键盘、示教盒等），各种传感器的信息放大、传输和处理装置，传感器、离线编程、设备的输入 /输出通讯接口，内部和外部传感器以及其他通用或专用的外围设备。 经过对救援机器人相关资料的查询和研读，本文结合任务书要求，设计了一种用于火灾后环境下的救援机械人。 （ 1）首先 该机器人采用履 带式的行走机构，救援机器人在执行救援任务时，通过履带 可以快速行走 ， 并且 具有可以爬坡、越沟等特点； （ 2）工业中机械手具有通用性和灵活性，可以完成材料的传送。这里也将运用机械手 的设计 来完成对幸存者 的救援。 （ 3）由于救援机器人工作的环境因素，机器人必须小巧 灵活，拆卸方便，因此对机身的设计要承载大小臂所有的重量。 救援机器人 总体结构方案如图 示。 图 援机器人的总体结构 本文设计的救援机器人 的 工作 原理： 在火灾救援环境中， 机器人可以长时间工作。 行走机构在伺服电机、轴、驱动轮以及履带的联合作用力下，使得行走机构 5 开始行走。在 靠近幸存者的时候，通过传感器将信息传递给机身系统，从而命令机械手 开始救援。 机械臂整体机构安装在机身 上，在 轴与轴承 的配合下， 使大臂 绕着垂直方向和 绕基座孔 做 360的旋转运动 ；在大臂运动过程中， 通过轴与轴承的配合下， 驱动 小臂沿着水平方向做 360的旋 转运动，从而实现小臂对目标 的精确定位；在小臂接近目标位置之后，将动力传动至小臂的 两指手指的上，两根手指通过合适的张开和 闭合来抓取可疑物，开启阀门，清除 障碍物， 同时还可以支撑起压在使幸存者 身上的重物，帮助幸存者 脱离危险环境。 传动系统设计 机械手传动装置中应尽可能做到结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小，在传动链中要考虑采用消除间隙措施，以提高机械手的运动和位置控制精度。在机械手中常采用的机械传动机构有齿轮传动、 滚 珠丝杠传动、 同步齿形带传动、 链传动等，其中齿轮传动使用寿命长、效率高、传动比准确、工作可靠 等优点，故本次设计选用齿轮传动。 驱动方式 由于伺服电机具有 良好的控制性能 ，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境没有影响，体积小，效率高，适用于运动控制要求严格的中、小型机械手等特点，故本次设计采用了伺服电机驱动 。 确定负载 经查阅资料，目前我国的救援救援机器人负载能力的范围很大， 最小的额定负载在 5N 以下，最大可达 9000N。负载大小的确 定主要是考虑沿机械手各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中要 包 括机械手末端执行器的重量、 夹持物体的重量，运动的速度等。 初 次 估 计 本次设计属于小负载 15。 运动速度 机械手操作机手臂的各个动作的最大行程确定后，按照循环时间安排确定每个动作的时间，就能进一步确定各动作的运动速度，用 m/动作的时间分配要考虑多方面的因素。 6 3 行走机构的设计 行走机构方案的讨论 根据国内外的救援机器人的行走机构 大致可分 蠕动移动方式、 履带移动方式、滚轮式移动方式 等几种方式。 其各有优缺点。以下分别介绍。 （ 1）蠕动移动式的优点是适应微小管径。缺点是控制复杂且移动速度慢。 （ 2） 履带 移动式的优点是适应性强，越障力好。缺点是转弯半径大，要保持履带的张紧，结构复杂。 （ 3）滚轮移动式优点是运动速度快。缺点是在 只适应于平坦道路， 复杂路面下 容易打滑，不易行走 。 通过对上述的几种行走机构方式进行讨论，结合火灾后救援机器人的使用环境的特殊性，本文最后选取为履带式行走机构。 如图 图 带式行走机构简图 走机构结构设计 （ 1）履带的外形尺寸 首先，确定履带的宽度。 由于救援机器人要进入到成人无法进入的狭小空间里，所以 履带的宽度较小，那么它的工作所提供的驱动力就会减小；而其宽度太大 时，所受到的阻力就会很大。通过作图的方法，取履带的宽度15 其次，确定履带的长度。履带的长度越长其转弯的灵活性就会受到影响。所以，履带的长度不能太长。所以其长度 L=588 （ 2）确定行走机构的结构 由于外形尺寸的限制，电机内置在履带组中，同时采用锥齿轮来换向，最后驱 7 动履带轮。其结构图如下图所示： 1 轴 01， 2 电机， 3 小锥齿轮， 4 驱动带轮， 5 轴 02 6 直齿轮 01， 7 直齿轮 02， 8 轴 03， 9 大锥齿轮， 10 从动带轮 图 走机构结构示意图 （ 3） 确定行走机构中的履带轮和同步带 采用同步带的结构来设计履带。以下是同步带传动的优点： 适用于两轴中心距较大传动，承载能力较大。 带具有良好的弹性，可以缓冲、吸振，传动平稳，噪声小。 结构简单，制造和维护较为方便，价格低廉。 （ 1）首先，确定同步带的主要参数： 齿形：梯形 齿距制式：模数制 节距： 2）设计带轮： 初选带轮的齿 数： 17z ； 选择切削带轮齿形的刀具类型 切出直线齿廓的特别刀具； 节距 : 节圆直径 : 19177 ； 模数： 7m ； 齿侧间隙： 1 名义径向间隙： ； 8 径向间隙： 3 ； 外圆直径： 212020 ； 外圆齿距： 00( ) / 3 . 1 4 1 1 6 . 5 1 7 2 1 . 5 2 9p d z m m ； 外圆齿槽宽： 0 1 0 . 0 6 1 1 1 . 0 6mb s c m m ； 齿槽角： 4022 齿槽深： ； 齿槽底宽： ； 齿根圆角半径： ； ； （ 3）设计履带： 由于采用同步带的结构来设计履带，同时履带用于特殊的工作环境，所以不能完全采用同步带的参数，根据具体的结构尺寸设计履带。 节距： 齿形角： 402 ； 齿根厚： 齿高： 2.4 带高： 7.7 齿顶厚： 7 节顶距： 带宽： 115sb ； 确定大小锥齿轮参数 整个行走装置里，锥齿轮的主要作用 递动力。同时考虑到其完全在行走装置内部，尺寸受到限制 。根据以上的因素，设计大小锥齿轮的具体参数。 根据总体结构设计图，采用轴交角 90 。齿轮类型为：直齿锥齿轮、齿形制为 12369 1990,齿形角为 20、齿顶高系数 1*隙系数 * 。 9 大锥齿轮的次数 301 z ;小锥齿轮 的次数 232 z 。大小锥齿轮的具体参数分别如下。 大锥齿轮： 法向模数： 5.2 齿数： 30z ； 法向齿形角： 203 0 2 . 5 7 5d m z m m 分度圆锥角：211 2631522330co t a r r c齿顶圆直径： 4 1* 齿根圆直径：1* c o s)(2 =距： 5 i 222211 齿顶角： 51a r c t a na r c t a n * R a齿根角： )( a r c t a na r c t a n * R a顶圆锥角： 93355 根圆锥角： 254448 齿宽： 5 小锥齿轮： 法向模数： ； 齿数： 23z ； 法向齿形角： 20 分度圆直径： 2 3 2 . 5 5 7 . 5d m z m m 10 分度圆锥角：121 3428373023co t a r r c齿顶圆直径： 6 1* 齿根圆直径： o s)(2 1* 锥距： 5 i 222211 齿顶角： 51a r c t a na r c t a n * R a齿根角： )( a r c t a na r c t a n * R a顶圆锥角： 173041 根圆锥角： 334133 齿宽： 5 （ 5）确定直齿轮的参数 在整个行走装置中，直齿轮的作用，主要是传递动力。出于对 行走机构的结构和尺寸限制 的考虑， 才用两个完全相同的直齿轮， 同时降低的成本。设定 齿顶高系数 1*隙系数 c 。齿数 40z ，模数 5.2具体参数如下： 分度圆直径： 1 2 . 5 4 0 1 0 0d m z m m 齿顶高： * 1 2 . 5 2 . 5h m 齿根高： 47 1f ， a 41 3017 ， f 33 4133 ， 全齿高： 6 2 fa 齿顶圆直径： 0 0211 齿根圆直径： 0211 齿厚： / 2 3 . 1 4 2 . 5 2 3 . 9 2 7 齿根宽： / 2 3 . 1 4 2 . 5 2 3 . 9 2 7 11 中心距： 100a d 顶隙： * 0 . 2 5 2 . 5 0 . 6 2 5c c m 大小锥齿轮的设计和校核 选择齿轮的类型 ,精度等级 ,材料和齿数。 选择直齿圆锥齿轮， 8级精度齿轮，软齿面。 小齿轮的材料为 40制处理，硬度为 280齿轮的材料为 45钢，调制处理 初选小齿轮的齿数 211z ；大齿轮的齿数为 271 z 。 按齿面接触疲劳强度设计计算 131 21 9 5 . 1t 根据轴承布置方式和载荷的冲击情况，取 。 查得小齿轮的接触疲劳极限为： li m 1 600H M p a 大齿轮的接触疲劳极限为： li m 2 550H M p a 计算接触疲劳许用应力： l i m 11 0 . 9 0 . 9 6 0 0 5 4 0 p a l i m 22 0 . 9 0 . 9 5 5 0 4 9 5 p a 12 5 4 0 4 9 5 5 1 7 . 522 p a 1 540H M 2H 495计算小齿轮的分度圆直径 t 23 211 其中 ； 12 5 0 9 5 5 0 3 6 . 按齿根弯曲疲劳强度设计计算： 132 2 213 . 2 1 计算当量齿数并查取齿形系数，两齿轮的分度圆锥角分别为： 12 227c o t c o t 5 2 0 7 2 5 21za r c a r 1 355237 当量齿数为： 1 1 1/ c o s 2 1 / c o s ( 3 7 5 2 3 5 ) 2 6 . 6 3 1 2 2 2/ c o s 2 7 / c o s ( 5 2 0 7 2 5 ) 4 3 . 9 0 4 查得： 124 . 5 8 ; 4 . 7 5F S F 由得：小齿轮的弯曲疲劳极限为： 280F M p a 计算弯曲疲劳许用应力： l i m 11 1 . 4 1 . 4 2 8 0 3 9 2 p a l i m 22 1 . 4 1 . 4 2 2 0 3 0 8 p a 1 1/ 4 . 5 8 / 3 9 2 0 . 0 1 1 6 8 ;F S 2 2/ 4 . 7 5 / 3 0 8 0 . 0 1 5 4 2 2 ;F S 大齿轮数值大，代入计算 1 6 3 83 0 223 221 1 锥距为： 221 分度圆直径为： 11 2 . 5 2 3 5 7 . 5d m z m m 13 22 2 . 5 3 0 7 5d m z m m 分度圆锥角为： 2 2 1a r c t a n ( / ) a r c t a n ( 3 0 / 2 3 ) 52 3126 ， 1 3 7 2 8 3 4 齿宽： 5 输出轴 的设计和校核 （ 1）按扭转强度条件，初步估计 轴径： 300 其中 1100 A，查得 0 . 8 0 . 9 5 0 . 7 6 k w 1 6 1 7 /n r m 代入上面得值，计算可得： 0 1 8 3d m m 由于轴上有一键槽，所以： 0( 1 0 . 0 7 ) 1 9 . 7 7 4d d m m ，取轴的最小直径为：0 。 （ 2）轴的结构简图如图 图 的结构示意图 （ 3）按弯扭合成强度进行强度校核 做出轴的计算简图如图 14 轴所受的载荷是从轴上零件传来的。根据结构尺寸，做出其受力简图如下图所示： 5 P 1 6 1 7 /n r m 0 1 8 3d m m d 0 图 的受力图 校核所需要的基本参数 20 48 62 计算齿轮 的啮合力： A:直齿轮的齿轮啮合力 15 齿轮圆周力： t 齿轮径向力： t a n 6 8 5 . 9 t a n 2 0 2 4 9 . 6 4 7B r B t N B: 锥齿轮的齿轮啮合力 齿轮圆周力： t 齿轮径向力： 1t a n o s 9 1 4 . 5 3 3 t a n 2 0 c o s 5 2 3 1 2 3 2 0 2 . 6 3 4C r C N 齿轮轴向力： 1t a n s i n 9 1 4 . 5 3 3 t a n 2 0 s i n 5 2 3 1 2 3 2 6 4 . 0 7 8C r C N 求水平面的支反力和做出弯矩图 : 其受力分析图如下图所示 : 对 ()0 则有： 1 B t A B N H A D C t A CF l F l F ) ( ) B t A B N H A B B C C D C t A B B CF l F l l l F l C t A B B C B t A B B C C DF l l F lF l l l 9 1 4 . 5 3 3 ( 2 0 4 8 ) 6 8 5 . 9 2 02 0 4 8 6 2 = 对 ()0 则有： 2 0 N H A D B t B D C t C DF l F l F () C t C D B t B C C B B C C DF l F l lF l l l 16 = 9 1 4 . 5 3 6 2 6 8 5 ( 4 8 6 2 )2 0 4 8 6 2 = 根据上面的计算结果，画出弯矩图，如图 示。 图 矩图 求垂直面内的支反力，并作出弯矩图 受力分析如图 示。 图 力示意图 对 ()0 则有： （其中2 1 0 B r A B C a C r A C N V A DF l M F l F C r A C C a B r A DF l M F lF l ()() C r A B B C C a B r A B C C DF l l M F ll l l 17 2 6 4 . 0 7 8 7 52 0 2 . 6 3 4 ( 2 0 4 8 ) 2 4 9 . 6 4 7 2 02( 2 0 4 8 6 2 ) = 对 ()0 则有： 2 0 N V A D B r B D C a C r C DF l F l M F 2 C a C r C D B r B l F lF l 2 6 4 . 0 7 8 7 5 2 0 2 . 6 3 4 6 2 2 4 9 . 6 4 7 ( 4 8 6 2 )2( 2 0 4 8 6 2 ) = 做出对应弯矩图 求支反力 22A N H N F 22( 1 4 4 . 2 1 6 ) ( 3 8 . 4 2 3 ) = 2211D N H N F 2 3 8 3 1 4 9 6 3 1 2 5 22( 3 7 2 . 8 4 8 ) ( 8 . 5 9 0 ) 弯矩图如图 18 图 矩图 合成弯矩图 22( 2 8 8 4 . 3 2 ) ( 1 7 1 . 8 ) 22( 2 3 1 1 6 . 3 1 2 ) ( 1 1 3 9 8 . 9 3 6 )左 22( 2 3 1 1 6 . 3 1 2 ) ( 2 3 8 2 . 2 2 6 )左 合成弯矩图如图 图 成弯矩图 根据已知条件，做出扭矩图，如图 图 矩图 19 2 8 8 9 2 = 2 5 7 7 4 . 1 9 8 2 3 2 3 8 . 9 5 6 左 校核危险截面 综上所知， 22左 （ T ）(其中，由于扭转切应力为脉动循环变应力， ， T=36100) 22( 2 3 2 3 8 . 9 5 6 ) 3 6 1 0 0 （ a W左 = 13 1 7 6 7 . 9 8 2 2 5 . 3 81 2 5 1 . 7 4 ，轴满足要求。 键的校核 强度校核要根据工作表面所受的挤压应力计算 。 在 输出 轴上的键其结构尺寸最小，受力较大。在这里就只校核该键，其余可以不予与校核。 普通平键的强度条件： 32 1 0 其中 :T N m ； K l 头平键为： l L b d 由于键的材料为 45，同时其载荷性质为轻微冲击，查机械设计（ 6 20 1 0 0 1 2 0p M P a 所以 ，键满足要求。 双摆臂的设 计 双摆臂的作用就是为了机器人在越障是起到支撑和辅助的功效，使机器人能够更好的适应崎岖的环境。 摆臂的主体是一块钢板，能够支撑起前导轮，使之可以自由转动。安装在短轴上，通过螺母螺栓与翼板相连。 同时 可以支撑起车体，辅助车体 越过障碍。例如爬楼梯， 机器人借助摆臂的初始摆角，在履带机 构的驱使下，使其主履带前段搭在台阶上， 继续移动，驱动摆臂逆时针摆动，当重心超过台阶边缘时，旋转摆臂关节，机器人在自身重力的影响下，车体下移，顺利爬上台阶。 如图 图 机器人爬楼梯分析图 21 4 机身设计 及大臂的设计 机身的设计 主要包括支撑架的设计、机座的设计、机身箱体材料的选取以及机身的结构设计及制造工艺等几大类问题。 撑架的设计 支撑架主要承载大小臂上所有零件的重量，左端设计大臂平衡弹簧的固定连接孔，右端设计大臂驱动电机支撑架。考虑机身回转时的偏心力，合理设计支撑架与回转轴 的连接，采用柱销式连接，两边用螺钉紧固。同时设计一个支撑圆盘加以固定，使其转动更加平衡。为了减轻自重，选用 料。 座的设计 机座在中间轴对应的位置处加工一个轴承固定座，其他无特殊要求。 机身系统的内部设计主要是对传动系统的各部件进行设计计算与校核。 身箱体材料的选择 因为灰口铸铁 凝固是收缩量小，抗震性好。 机身箱体 可选用灰口铸铁 够提高机身自身的稳定性，并且经济实惠。 身的结构设计及制造工艺 由于整个箱体的结构尺寸由内部各零件配合情况决定，其形状较为复杂，故采用铸造的方法制造箱 体，为了内部各零件的配合及方便安装，在顶部与右侧开盖。由于是卧式放置电机，考虑电机的质量，在左侧用托板托住电机。将电机的伸出轴用联轴器与锥齿轮轴连接，通过与输入轴的锥齿轮端啮合满足改变传动方向的要求。输入，中间，输出三根轴垂直放置并实现二级减速传动。由于齿轮悬置，需用圆螺母及止动垫圈定位与放松。底座出于稳定的考虑设计为圆形，可用沉头螺钉与行走机构连接。 大臂的设计 臂部部件是关节机械手的主要部件之一。 它主要的作用是支撑 手部， 带动手部 22 完成各种动作 ，灵活的将手部 送到空间的任意一点。增减臂部自由度可以实现手部的 姿态 (方位 )关节姿态的改变。因此，机械手导向杆采用无缝钢管材料来提高臂部结构 的刚度，增强承载能力。同时要合理的控制手臂运动的速度，减少冲击。还需在手臂上安装定位和检测机构， 使机械手运动的位置精度高。 大臂的材料选择 本文机械臂壳体采用铸造铝合金。 一方面 使机械臂受到载荷时，不会变形或者断裂， 另一方面可减小机械臂的重量， 减小了对机身的载荷。 最小壁厚：每种铸造合金都有其适宜的壁厚，不同铸造合金所能浇注出铸件的“最小壁厚”也不相同，主要取决于合金的种类和铸件的大小，见表 示： 表 型铸造铸件最小壁厚计（ 臂部结构设计 大臂壳体采用铸铝，方形结构，质量轻，强度大。 臂电机及减速器选型 假设小臂及腕部绕第二关节轴的重量： 2 , 3 ，则： 22532422 大臂速度为 10r/则旋转开始时的转矩可表示如下： 式中： ； 。 使机械手大臂从 00 到 s/600 所需的时间为： 则： 铸件尺寸 铸钢 灰铸 铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铝合金 铜合金 200 200 200 200 500 500 500 500 5 8 10 12 15 20 3 5 4 10 10 15 4 6 8 12 12 20 3 5 6 8 3 4 6 3 5 6 8 23 011 1 1 /31 . 4 6 7 . 6 4 1T J J N 若考虑绕机械手手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为 安全系数为 2，则谐波减速器所需输出的最小转矩为： 20152201选择谐波减速器： 型号： 额定输出转矩： 20 减速比： 1201 i 设谐波减速器的的传递效率为： %90 ，步进电机应输出力矩为： 1 8 0 20011 选择 型号： 55转矩： 步距角： 24 5 机械手小臂结构设计 手部的设计 机械手 在救援 过程中主要的作用是抓取可疑物，开启阀门。 本文采用两根 手指式的张开和闭合来实现物体的抓持。在设计时手指要 结构简单，有足够的张紧力和刚度。 手指张紧力的计算： N 2* 式中： 全系数 作情况系数，主要考虑惯性力的影响 位系数 G被抓持物体的重量 腕部设计 腕部能够连接机器人的臂部和手部，支撑并且改变手部的姿态。 腕部设计的要求有：结构紧凑、质量轻