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面向超大船体外表面的喷涂机器人研究中机械臂关节结构设计

时间：2017-08-22 来源：机器人在线阅读：8702 原创

2.5机械臂关节结构设计

喷涂机器人机械臂关节的设计是机械臂结构设计的关键，起到各连杆之间连接与驱动的作用，关节性能的好坏直接影响整个机械臂的性能，要设计的机械臂整体外形如图2-12所示，从图中可以看出整个机械臂主要由安装底座、腰关节部件、肩关节部件、大臂、肘关节部件、小臂、腕部关节部件等组成。腕部根据接口要求设计腕部法兰，直接安装喷涂工具，对船体外表面进行喷涂。

2.5.1各关节机械结构

喷涂机器人机械臂各关节采用高性能交流伺服系统驱动，配置集成制动器，这种驱动系统具有精度高、低频特性好、加减速快等特点，可以满足机械臂各关节速度和位置的精度要求。同时为了降低机械臂本体重量和保证要求的运动精度，减速系统采用RV减速器、谐波减速器和行星减速器并用的方式，使机械臂传动系统结构紧凑，重量得到有效的控制，产品化的减速器的齿轮回差小，可以将其对机械臂运动精度的影响降低到最小。各关节详细传动部件的选择如表2-2所示。

机械臂的前三关节采用电机、编码器、制动器、减速器的同轴式配置方式，这种配置方式结构简单紧凑。腰转关节与肩关节需要承受机械臂上部所有自身重量与负载重量，所需刚性要求较大，故减速系统采用RV减速器，伺服电机通过RV减速器的输入花键轴与减速器减速齿轮配合，实现驱动输入，经过减速器的二级传动后的输出作为机械臂上部的驱动，RV减速器具有刚性好、减速比大、结构紧凑等优点。肘关节只需要承受小臂与负载的重量，刚度要求小;肘关节减速系统采用谐波减速器，谐波减速器质量比RV减速器轻，减速比更大，可减小机械臂重量，但刚性相对较差，由于肘关节处负载减小，所需刚度减小，采用谐波减速器可以满足机械臂的负载需求。

机械臂的前三关节在机械臂突然断电时，受自身重量的影响，可能会导致机械臂各连杆的坍塌，造成人员伤害，因此前三关节电机需要带制动器，以保证突然断电时，机械臂可以保持当前姿态不变。腰转关节、肩关节和肘关节的传动结构设计分别如图2-13和图2-14所示