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 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）、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,在弹性材料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。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。的更前电机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）L1=426mm, L2=293mm,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 Max on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 Max on电机与日本Harmo nic谐波减速器选型需求示例图片：图六马达 1: EC90flat 90W 扭力：4.67 nm 0.387nm ;转速：3190rpm ;重量：648g减速器1 : CSG-25-160减速比：1:160 ;最大扭力：314nm ;正常：176nm ;重量：420g 马达 2： EC-4pole max30 200W 扭力：3.18 nm 0.112nm ;转速：17000rpm ;重量：300g 减速器2 : CSG-25-160减速比：1:160 ;最大扭力：314nm ;正常：176nm ;重量：420g 马达 3： EC max40 170W 扭力：2.66nm0.16nm ;转速：9840rpm ;重量：580g 减速器3: CSG-17-120减速比：1:120 ;扭力最大：112 nm ;正常：70nm；重量：150g 马达 4： EC45flat 70W 扭力：0.82nm0.13nm ;转速：4840rpm ;重量：110g 减速器4: CSG-20-160减速比：1:160 ;最大扭力：191 nm ;正常：120nm ;重量：280g 马达 5: EC-4pole max30 100W 扭力：1.24nm 0.0 63nm ;转速：17800rpm ;重量：210g 减速器5: CSD SHD-17-100减速比：1:100;最大扭力：71 nm ;正常：37nm ;重量：100g 马达 6: EC45flat 70W 扭力：0.13 nm 0.17nm ;转速：4840rpm 重量：110g 减速器6: CSF-11-100减速比：1:100;最大扭力：25nm ;正常：11 nm ;重量：50g 马达 7： EC-4pole max30 100W 扭力：1.24nm 0.0 63nm ;转速：17800rpm ;重量：210g 减速器7: CSF-11-100最大扭力：25nm；正常：11 nm；重量：50g 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。质量分配示意图如：图七L4G2G3图七则可得 G1=0.58+0.15+1.1=1.83kg；图五G2= (0.11+0.21+0.11+0.21 ) + (0.28+0.1+0.05+0.05) +1.1 =2.22kgG3=1+6=7kg则大臂最大转动惯量大臂 M仁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* ( L22+L4) + g*G3* ( L3+L2+L4=3.96+9.8*2.22* ( 0.2932+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：191 nm ;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：11 nm ;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 EC90flat 90W+HEDL5540 公开单价 5982rmb CSG-25-160-2A-GR 公开单价 13246rmb 马达二 EC-4pole max30 200W+MR 公开单价 7372rmb CSG-25-160-2A-GR 公开单价 13246rmb 马达三 EC40 170W+HEDL5540公开单价 6259rmb CSG-17-120-2A-R 公开单价 9238RMB 马达四 EC45flat 70W （最好用 EC-I40 70W+MR）公开单价 4302rmb CSG-20-160-2A-GR 公开 单价 11019rmb马达五 EC40 170W+HEDL5540公开单价 6259rmb CSD SHD-17-100-2A-R 公开单价 8393RMB 马达六 EC45flat 70W （最好用 EC-I40 70W+MR）公开单价 4302rmb CSF-11-100-2A-R 公开 单价 5308RMB马达七 EC-4pole max30 100W+MR 公开单价 6587rmb CSF-11-100-2A-R 公开单价 5308rmb 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Harm on ic九、各运动角度计算:序号名称角度大小a角度范围3备注肩关节旋转180 a 1 225 3 仁-135 90 外向内肩关节上下90 a 21203 2=-9015前向后上臂旋转120a 3150 3 3=90-270外向内肘关节120a 4 1503 4=0150前向后小臂旋转90a 5 1203 5=0150外向内腕关节上下90a 6 1203 6=-9045前向后腕关节左右40a 7 903 7=-3030上向下十、结构模型说明1，关节一 2,关节一弹性材料103,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t 111 ?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8. 方案细化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.