图2.2 运动简图如下:
图2.3
2.2.2设计的具体步骤
选定总体方案后，初确定执行件的材料、大小或型号，计算出步进电机的最大输出转矩，选择步进电机的型号。由电机的输出转矩来校核执行件的强度，并最后 确定其基本尺寸的大小。
选定执行件的支撑件并进行强度校核或寿命计算。其它一些辅助支承、固定、连接件等，都可查手册进行选择。
关于转动惯量的计算参阅了《理论力学》第五版下册95页，强度校核参阅《材料力学》和《机械设计》第三版，选取步进电机参阅了《机电传动控制》第三版359页
减速机构的确定：拟采用少齿差行星齿轮减速器。少齿差传动包括渐开线少齿差、摆线少齿差、圆弧少齿差、活齿少齿差传动等。H型星轮减速器（JB/T 8712-1998）代替原混合少齿差星轮减速器属于少齿差渐开线行星轮传动，具有体积小，承载能力高，传动比宽、密，效率高，寿命长，传动平稳，允许高速输入的特点。
工作条件：输入转速28B型以下≤3000r/min, 40B型以下≤1800r/min, 45B型以下≤1000r/min, Y型以下≤1500r/min;公称转矩2.107—588kNm;传动功率0.25—2000kW;工作温度-40--45℃，低于0℃时，启动前润滑油应预热，高于45℃时采用降温措施。
锥齿轮或连杆的设计可参阅《机械设计》的相关内容，进行设计。然后将摆臂和减速齿轮的转动惯量折算成驱动电机输出轴的负载惯量，由其转动惯量计算出电机输出轴的负载转矩。根据负载转矩选取驱动电机的型号。
微机控制系统硬件部分设计：
首先绘制出系统电气控制的结构框图，然后选择中央外理单元CPU的类型，再根据CPU的特点，依最小系统和控制电路的需要，设计出它的外部扩展电路。例如外部扩展I/O电路、检测电路、转换电路及驱动电路等，并选择控制电路中各个电气元件的参数和型号。绘制出完整的电气原理图。
软件的设计：画出程序流程图，包括总的程序流程图、控制电机的控制子程序流程图和中断报务子程序流程图。
确定系统脉冲当量：脉冲当量是步进电机驱动的机械手上的移动部件，在每一个进给脉冲发出后，其相对位移量。脉冲当量的大小是由机械手的精度确定的。本设计的脉冲当量是 0.1mm。
在丝杠螺母副的传动系统中，系统中的脉冲当量 、丝杠螺距 t(mm)及系统传动比 i之间的关系为
与步进电机的步距角
(3-1)
1.确定控制电机
1).数控装置对伺服系统的基本要求是输出能够迅速而精确的响应输入的变化。具体的说有以下几点：
(1).稳定性：伺服系统在其工作范围内应是稳定的。 (2).精度：伺服系统能在比较经济的情况下达到给定的精度。 (3).快速响应：系统输出响应速度要尽可能的快。
(4).灵敏度：系统对参数的变化灵敏度要小，就是说系统性能应下受参数的变化的影响。
(5).抗干挠能力：系统应有很好的抵抗外部负载干挠和环境噪声影响的能力。 由于机械手的工作情况，所选取的伺服电机应该具有的基本特点是： 2 调速范围宽，伺服电机应满足调速要求。
2 负载特性硬，在调速范围内电机应有足够的驱动力矩。 2 动态响应快。 2)步进电机的选择 (1).步进电机的类型的确定
数控伺服系统中常用的步进电机有快速步进电机和功率步进电机。快速步进电机的输出转距一般为：0.007NM---4NM。可以用来控制小型的数控装置。功率步进电机的输出转距一般为：5NM---40NM。可以直接用来驱动大型的数控装置。
此外，按励磁相数可分为三相、四相、五相、六相等。相数越多步距角越小，但结构也越复杂。在选择步进电机时，首先要确定步进电机的类型。
(2).步进电机步距角的选择
步进电机的步距角β是步进电机的主要性能指标之一。不同的场合
，对步距角大小的要求不同。它的大小直接影响着步进电机的启动和运行频率，因此在选择步进电机时，应使其步距角β小于或等于系统对步进电机最小转角的要求，
即，步距角应满足
(3-2)
式中， -----传动比
------负载要求的最小位移量，（或称之为脉冲当量，即每一个脉冲所对应的负
载轴的位移增量）。
(3).最大静转矩
负载转矩和最大静转矩的关系为
(3-3)
为保证步进电机在系统中正常工作，还必须满足
式中 -----步进电机启动转矩
-----最大负载转矩
通常取
=/(0.3----0.5) (3-4)
(4).负载启动频率：
步进电机的负载启动频率由下式计算
式中 ------系统中移动部件的最大启动速度
-----系统脉冲当量
只要负载启动频率不大于允许的最大启动频率即可。 (5).最大运行频率的确定
由于步进电机在运行时，驱动力矩随着频率的增加而下降，因而必须按工作时的负载力矩T从“运行矩频特性曲线”中查出最大运行频率
(Hz)。假设系统在工作负载情况