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轴器的另一端联接锥齿轮Z5，与安装在轴齿轮上的Z4啮合，再带动Z7，利用Z7传动Z8，Z8即为行星架，然后将运动传到Z10上，Z10为一固定齿轮，该固定齿轮安装在后壳体上，后壳体固定在立柱上，后壳体上还提供空心轴8，大臂壳体通过两个轴承安装在空心轴上，空心轴固定不动，当电机旋转时，末级小齿轮在固定齿轮上滚动，整个大臂做俯仰运动。
（3）小臂部件
小臂部件的结构可参照小臂装配图。主要有小臂壳体结构，手腕的几个回转关节。小臂结构与大臂结构类似，由复合材料骨架和薄钢板组成。结合上述原理图，壳体上通过两个轴承装有主轴11，主轴为空心的，由45钢做成，主轴固定于大臂上，壳体还固定有小臂传动末级大齿轮Z16，与大臂上输出的小臂传动末级小齿轮啮合，其中Z16是固定不动的，电机转动时小齿轮在固定齿轮上滚动，此时小臂旋转。该部分的传动也是一个行星轮系，本结构传动链短，结构紧凑，降速比大。 4.2.1机械手结构设计的特点
（1）手臂的自重平衡措施
由于垂直多关节机械手手臂关节的配置特点，臂部运动部分的重心偏离旋转中心时，所产生的偏心力矩会严重增加驱动负担，而且偏心力矩的大小随着转角而变化，这将影响运动平稳性和定位，因此在设计时特别注意了这一问题。这里通过合理的结构布局和传动和传动链优化设计，采用简单的自重平衡方法，在大臂和小臂转轴的一侧都集中安排了两个较重的电机，这样可以减小由于安装电动机和减速运动装置造成的附加力矩，从而使手臂的自重尽可能地接近平衡。
（2）手臂传动系统布局
由于结构的特殊性，本机械手在设计时部件的重量对传动和精度的影响较大，所以在设计时特别注意这一方面，为此，在设计手臂的传动方案时，采用行星齿轮系传动结构。该结构紧凑而且传动件较少，同时可以实现较大的降速比，相对一般的减速系统而言，其自身重量也比较轻。
5 机械手各部分设计及计算
5.1 驱动系统的选择
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1. 工业机械手驱动系统的选择原则
设计机械手时，选择哪一类驱动系统，要根据机械手的用途作业要求、机械手的性能规范、控制功能、维护的复杂程度、运行的功耗、性能与价格比以及现有综合条件等个方面加以考虑。在注意各类驱动系统特点的基础上，综合上述个因素，充分论证其合理性、可行性、经济性及可靠性后进行最终的选择。一般情况下，下述机械手驱动系统的选择如下：
（1）物料搬运（包括上、下料）用的有限点位控制的程序控制机械手，重负荷的可选用液压驱动系统，中等负荷的可选电机驱动系统，轻负荷的可选气动驱动系统。冲压方面多用气动系统。
（2）用于点焊和弧焊及喷涂作业的机器人，要求有任意点位和轨迹控制功能，需采用伺服驱动系统。只有采用液压或电动伺服系统才能满足要求，点焊、弧焊机器人多采用电动驱动系统。重负荷的任意点位控制的点焊及搬运机械手可采用液压系统。喷涂机械手，多采用液压系统和交流电动驱动系统。装配机器人一般用电动驱动系统。
2. 工业机器人驱动系统特性比较
表1 驱动系统特性
驱 动 系 统 的 特 性
驱 动 功率 类 型 响 应 性 能 结构适当，执防爆性能行机构可做成较好，用液独立结构，易 配流元件、制动压油作为节流调速装置的结构简传动介质，易实现直接驱在一定条动。液压密封件下有火问题显得重灾危险。 要。 0.6。 值。 积较大。 易调速为 置控制到精确备，占地面维护。 为0.3，容单，能将速度位液压源设行定期的泄露。因有护人员进意液压液较高的维速度调节装置、高，特别注要求水平安装要求快 速 结 构 安 全 效 率 控制能力 要 求 要 求 安 装 维 护 液压驱动系统不太受限制 很 于标准化，容高
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结构适当，执调度调节机构、行机构可做成独立结构易于防爆性能 好，高于一 简单，一般要求安装要求 实现直接驱动，密封问题不象液压系统显得突出 电机易于标准设备自身化，结构性能无爆炸和好，但电机后 火灾危险。 直流有刷密减速器，除电机对环特殊电机外，境的防爆难于进行直接性能差。 驱动。 0.5左右 到精确值。 异。 护。 度、位置可控制式不同而检查维结构简单，控制灵活性强，速安装要求较高的人随传动方员定期的要求水平应注意设 备有爆炸0.15~0.2 的危险 值困难。 置控制到精确装置；速度、位期维护 有专门的制动不太高 护人员定水平的维个大气压，配流元件结构要求中等气动驱动系统有限制标准化，容易较高 有限制高近年来，在负荷为100kg以下的机械手一般用电动驱动系统。由于它有低惯量、高起动力矩等优点，而且不需要能量转换，使用方便，噪声较低，控制灵活。
综合上述的分析，本系统选用电动驱动系统，不但符合课题的技术要求，而且理论上也是合理的。
5.2 机械手基座部分设计 5.2.1机械手基座结构的设计原则
基座是机械手的第一个回转关节，机械手的运动部分全部安装在基座上，它承受了机械手的全部重量，在设计机械手基座时，要注意以下设计原则：
（1） 基座要有足够大的安装基面，以保证机械手在工作时整体安装的稳定性。 （2） 基座要承受机械手的全部重量和载荷。因此机械手的基座和腰部轴及轴承的机构要有足够大的强度和刚度，及保证承载能力。
电动驱动系统面一般需配精
鉴于上述的驱动系统的选择原则以及各种系统的特点，同时查阅机械手方面的资料表明：
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（3） 机械手的腰部应是它的第一个回转关节，它对机械手末端的运动精度影响最大，因此要保证设计中腰部轴承及传动链有足够的强度和相当高的精度。
（4） 为了保证机械手的外部电缆不随机械手的运动而摆动，在设计过程中要解决好固定端与运动端的联接问题。
（5） 腰部的回转要有相应的驱动装置。
（6） 腰部结构要便于安装调整。腰部与机械手手臂的联接要有可靠的定位基准面，以保证各个关节的位置精度。
（7） 为了减轻机器人运动部分的惯量，提高机器人的控制精度。一般腰部回转部分的壳体是由比重比较小的复合材料制成，而不动的基座是用铸铁或铸钢材料制成。 5.2.2 基座部分的设计计算 （1）基座电机的选择
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手臂回转的驱动力矩M驱，应该与手臂运动时所产生的惯性力矩M惯，以及各支撑处摩擦阻力矩M摩相平衡。即 M驱?M惯?M摩
惯性力矩的计算M惯?J????? ?(J0?Jc)?tata其中，J——手臂回转部件对其回转中心的转动惯量； ??——手臂回转的角速度差； ta——启动所需的时间；
Jc——零件对回转中心的转动惯量；
J0——零件作为其重心位置的质点对手臂回转中心的转动惯量； J0?G2?? g ?——手臂回转半径（重心到回转中心的距离）； G——手臂运动的重量；
计算Jc时，可把形状复杂的零件近似看成圆柱体，则
Jc?m2(l?3R2) 1213
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?设置启动角度??18,z则启动角速度?????0.314rad/s，设置启动时间ta?0.1s。
取?=800mm。设回转零件为一个半径为60mm，长900mm,重30Kg的圆柱形零件。
则Jc?30(0.92?3?0.062)?2.05Kg?m2 12J0?30?0.82?19.2Kg?m2
M惯?(2.05?19.2)?0.314?66.73N?m 0.1各支撑处摩擦力矩M摩粗略估算为M摩?0.03M惯?2.00N?m 所以，M驱?M惯?M摩?68.73N?m
1Z1Z32Z23Z4
图5-1 基座部分传动示意图
所需电机的输出功率为：P0?Tl?Nl
9550??Tl——负载转矩（负载轴）N?m Nl——负载轴回转速度 r/min
P0——额定功率 kw
?——电动机与工作机之间的传动装置总效率
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