七自由度柔性机械臂机构说明.

精品文档 1欢迎下载 七自由度柔性机械臂机构说明七自由度柔性机械臂机构说明 设计目标设计目标 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 7 个自由度 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 精品文档 2欢迎下载 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 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 精品文档 3欢迎下载 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 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 配套全面 瑞士 Maxon 电机与日本 Harmonic 谐波减速器选型需求 示例图片 精品文档 4欢迎下载 图六 马达 1 EC90flatEC90flat 90W90W 扭力 4 67 nm 0 387nm 转速 3190rpm 重量 648g 减速器 1 CSG 25 160CSG 25 160 减速比 1 160 最大扭力 314nm 正常 176nm 重量 420g 马达 2 EC 4poleEC 4pole max30max30 200W200W 扭力 3 18 nm 0 112nm 转速 17000rpm 重量 300g 减速器 2 CSG 25 160CSG 25 160 减速比 1 160 最大扭力 314nm 正常 176nm 重量 420g 马达 3 ECEC max40max40 170W170W 扭力 2 66nm0 16nm 转速 9840rpm 重量 580g 减速器 3 CSG 17 120CSG 17 120 减速比 1 120 扭力最大 112nm 正常 70nm 重量 150g 马达 4 EC45flatEC45flat 70W70W 扭力 0 82nm0 13nm 转速 4840rpm 重量 110g 减速器 4 CSG 20 160CSG 20 160 减速比 1 160 最大扭力 191nm 正常 120nm 重量 280g 马达 5 EC 4poleEC 4pole max30max30 100W100W 扭力 1 24nm 0 0 63nm 转速 17800rpm 重量 210g 减速器 5 CSDCSD SHD 17 100SHD 17 100 减速比 1 100 最大扭力 71nm 正常 37nm 重量 100g 马达 6 EC45flatEC45flat 70W70W 扭力 0 13 nm 0 17nm 转速 4840rpm 重量 110g 减速器 6 CSF 11 100CSF 11 100 减速比 1 100 最大扭力 25nm 正常 11nm 重量 50g 马达 7 EC 4poleEC 4pole max30max30 100W100W 扭力 1 24nm 0 0 63nm 转速 17800rpm 重量 210g 减速器 7 CSF 11 100CSF 11 100 最大扭力 25nm 正常 11nm 重量 50g 说明 EC45flatEC45flat 70W70W 要更换为要更换为 EC I40EC I40 70W MR70W 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 质量分配示意图如 图七 精品文档 5欢迎下载 图七 图五 则可得 G1 0 58 0 15 1 1 1 83kg G2 0 11 0 21 0 11 0 21 0 28 0 1 0 05 0 05 1 1 2 22kg G3 1 6 7kg 则大臂最大转动惯量 大臂 M1 g G1 L4 2 9 8 1 83 0 442 2 3 96nm 小臂 M2 g G2 L2 2 9 8 2 22 0 293 2 3 19nm 手 M3 g G3 L3 9 8 7 0 108 7 55nm 总惯量为 大臂处 M1 总 M1 g G2 L2 2 L4 g G3 L3 L2 L4 3 96 9 8 2 22 0 293 2 0 442 9 8 7 0 108 0 293 0 442 3 96 12 8 57 83 74 59nm 小臂处 M2 总 M2 g G3 L3 L2 3 19 9 8 7 0 108 0 293 30 70nm 八 马达型号确认 马达 1 扭力 4 67 nm 0 387nm 减速比 1 160 最大扭力 314nm 正常 176nm 则扭矩为 747nm 61 92nm 包含 M1 总的 74 59nm 马达 2 扭力 3 18 nm 0 112nm 减速比 1 160 最大扭力 314nm 正常 176nm 则扭矩为 190 8nm 17 92nm 包含 M1 总的 74 59nm 马达 3 扭力 2 66nm0 16nm 减速比 1 120 最大扭力 112nm 正常 70nm 则扭矩为 319 2nm 19 2nm 包含 M2 总 30 70nm 马达 4 扭力 0 82nm0 13nm 减速比 1 160 最大扭力 191nm 正常 120nm 则扭矩为 131 2nm 20 8nm 包含 M2 总 30 70nm 马达 5 扭力 1 24nm 0 063nm 减速比 1 100 最大扭力 71nm 正常 37nm 则扭矩为 124nm 6 3nm 包含 M3 7 55nm 精品文档 6欢迎下载 马达 6 扭力 0 82nm0 13nm 减速比 1 100 最大扭力 25nm 正常 11nm 则扭矩为 82nm 13nm 大于 M3 7 55nm 马达 7 扭力 1 24nm 0 0 63nm 减速比 1 100 最大扭力 25nm 正常 11nm 则扭矩为 124nm 6 3nm 包含 M3 7 55nm 结论 马达参数没有异常 马达报价 马达一EC90flatEC90flat 90W HEDL554090W HEDL5540 公开单价公开单价 5982rmb5982rmb CSG 25 160 2A GRCSG 25 160 2A GR 公开单价公开单价 13246rmb13246rmb 马达二EC 4poleEC 4pole max30max30 200W MR200W MR 公开单价公开单价 7372rmb7372rmb CSG 25 160 2A GRCSG 25 160 2A GR 公开单价公开单价 13246rmb13246rmb 马达三EC40EC40 170W HEDL5540170W HEDL5540 公开单价公开单价 6259rmb6259rmb CSG 17 120 2A RCSG 17 120 2A R 公开单价公开单价 9238RMB9238RMB 马达四EC45flatEC45flat 70W70W 最好用 最好用 EC I40EC I40 70W MR 70W MR 公开单价公开单价 4302rmb4302rmb CSG 20 160 2A GRCSG 20 160 2A GR 公公 开单价开单价 11019rmb11019rmb 马达五EC40EC40 170W HEDL5540170W HEDL5540 公开单价公开单价 6259rmb6259rmb CSDCSD SHD 17 100 2A RSHD 17 100 2A R 公开单价公开单价 8393RMB8393RMB 马达六EC45flatEC45flat 70W70W 最好用 最好用 EC I40EC I40 70W MR 70W MR 公开单价公开单价 4302rmb4302rmb CSF 11 100 2A RCSF 11 100 2A R 公开公开 单价单价 5308RMB5308RMB 马达七EC 4poleEC 4pole max30max30 100W MR100W MR 公开单价公开单价 6587rmb6587rmb CSF 11 100 2A RCSF 11 100 2A R 公开单价公开单价 5308rmb5308rmb 电机是 1 4 台的价格 大概有 7 个点幅度 谐波需要和日本确认后 日本才能给我们正式 offer 我给你的价格是我别的项目 时价格 作为参考 一般有 10 个点的浮动 如果电单套数量 5 台 公开价还要低 Harmonic 九 各运动角度计算 序号序号名称名称角度大小角度大小 角度范围角度范围 备注备注 Comment Eric1 这个没有具体的坐 标轴 不好判断 比划了一下没找对 感觉 个人觉得应该稍大于一般人的 关节运动范围 可以再核实一下 精品文档 7欢迎下载 肩关节旋转 180 1 225 1 135 90 外向内 肩关节上下 90 2 120 2 90 15 前向后 上臂旋转 120 3 150 3 90 270 外向内 肘关节 120 4 150 4 0 150 前向后 小臂旋转 90 5 120 5 0 150 外向内 腕关节上下 90 6 120 6 90 45 前向后 腕关节左右 40 7 90 7 30 30 上向下 十 结构模型说明 精品文档 8欢迎下载 12 3 4 5 6 7 8 11 10 9 12 1 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 12 关节七弹性材料 精品文档 9欢迎下载 整体图 与身体连接法兰 精品文档 10欢迎下载 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 精品文档 11欢迎下载 抬臂柔性材料腔体 大臂外铝支架 大臂下轴承固定零件 精品文档 12欢迎下载 手腕连杆 手腕万向节 Csd 25 160 谐波减速器 2 三自由度平台 3 先做一个刚性的测试平台 零件 两个方案 电机驱动 2 15 号测试平台方案 4