形式和驱动方式。
基本的连接形式和驱动方式见图2-3所示。
（1）直接连接传动。驱动源或带有机械传动装置直接与关节相连。 （2）远距离连接传动。驱动源通过远距离机械传动后与关节相连。
a）直接连接传动，间接驱动； b）直接连接传动，直接驱动 c）远距离连接传动，间接驱动；d）远距离连接传动，直接驱动
图2-3 各种传动方案
（3）间接驱动。驱动源经一个速比远大于1的机械传动装置与关节相连。
（4）直接驱动。驱动源不经过中间环节或经过一个速比等于1的机械传动这样 的中间环节与关节相连。
如果采用远距离连接，则造成传动链太长，结构比较庞大等，所以采用直接连接传动的方式；又因为采用直接连接，所以电机不能选的太大，为了提高机器人的负载能力，必须采用间接驱动的方式，通过减速机构增大电机的输出力矩。
综上所述，本课题采用图2-3中的a)方式， 即直接连接传动，间接驱动。
2.2.4 总体结构方案设计
机构选型和传动方式完成后，再进行总体的结构设计，具体情况如下：
要求上部的机械臂底盘要大，重心要低，所以，腰部关节的驱动电机直接选择安装在基座上，如图2-4所示。 整个结构为空间关节型的，本体由机座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。有4个关节，腰关节，肩关节，肘关节，腕关节，共有六个自由度，依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆，均为转动关节，其中腰关节实现机器人本体除基座以外的机构的转动；肩关节带动大臂、小臂、手腕、手爪进行俯仰转动，以满足机器人工作空间上高度的要求；肘关节实
现带大臂和小臂之间的转动：大臂、小臂以及手腕均可在允许的范围内运动；腕关节可以实现俯仰以及摆动，可以方便的改变手爪的位姿。
图2-4 六自由度机械臂简图
手爪是机械臂中的比较重要的部件，采用了气动夹持器。气动夹持器在工业中应用较为普遍。另外，由于气体的可压缩性，使气动手爪的抓取运动具有一定的柔顺性，这一点是抓取动作十分需要的。
机器人的机身、大小臂等都采用空心薄壁机构，硬铝材料，使得零件的刚性 好，而且重量轻。在连接处，采用高强度的螺栓连接，转动关节处，
选用了高精度的轴承，使得运转很灵活，磨损小。
在现代机器人结构中广泛使用着各种机器人轴承，常用的有环形轴承和交叉滚子轴承。这几种机器人专用轴承具有结构简单紧凑，精度高、刚度大，承载能力强（可承受径向力、轴向力、倾覆力矩）和安装方便等优点。但考虑到这些轴承价格昂贵，而使用普通的球轴承或滚子轴承也能满足结构的需要，所以在该机器人的结构中仍然全部采用球轴承。在电机的布置上，考虑尽量将电机放置在相应的操作臂的前端，这样可以减小扭矩，同时也可以起到重力平衡的作用，但同时尽量避免过长的传动链，以简化结构，减少诱导运动。[11]
各部件组成和功能描述如下：
（1）底座部件：底座部件包括底座、蜗轮蜗杆，箱体，涡轮轴和步进电机等。步进电机固定在箱体上。
（2）腰部回转部件：腰部回转部件包括驱动臂座，摆线针轮减速机和步进电机等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回转运动。在腰部支架上固定着驱动大臂俯仰和小臂俯仰的电机。
（3）大臂部件:包括大臂和连杆。
（4）小臂部件:包括小臂、齿轮箱、传动部件、传动轴等,在小臂前端（靠近大臂的一端）固定驱动手腕三个运动的步进电机。
（5）手腕部件：包括手腕壳体、传动齿轮和机械接口等。 （6）末端执行器：气动夹持器（两个夹持机构）。
整个结构简单紧凑，基本满足设计要求。
2.2.5 控制方案的设计
构建机器人平台的核心是建立机器人的控制系统。到目前为止，基于PC机控制系统一般包括单PC控制模式，PC+PC的控制模式，PC+分布式控制器的控制模式，PC+DSP运动控制卡的控制模式，PC+数据
采集卡的控制模式，
DSP属于精简指令集计算机，增强型哈佛结构，具有独立的程序存储空间和数据存储空间，运算速度极快(超过20MIPS)，为系统实时性提供了有力保障，也使复杂算法的实现成为可能，特别是面向电机控制应用的DSP，它通过把一个高性能的DSP内核和常用外围设备集成为一个芯片的方法，将DSP的高速运算特性和优化的控制特性结合起来，成为运动控制系统核心芯片的最佳选择。基于DSP控制器的运动控制系统实际上是一个单片系统，因为整个电机控制所需的各种功能都可以用DSP控制器来实现，因此可以大幅度减小系统体积，减少外部器件的个数，增加系统可靠性。
因此本文选定PC+DSP运动控制卡的控制方式。
2.2.6 技术参数列表
1. 抓重:
2. 自由度数:6个自由度 3. 坐标型式:开链连杆式关节型 4. 最大工作半径: 5. 手臂最大中心高： 6. 最大行程: 手臂旋转： 手臂进-出： 手臂上-下： 手腕转动： 手腕弯曲： 手腕扭转： 7. 最大速度：
手臂旋转： 手臂进-出： 手臂上-下： 手腕转动： 手腕弯曲： 手腕扭转： 8. 惯性矩： 手腕转动： 手腕弯曲： 手腕扭转： 9. 重复定位精度: 10. 最大直线运动速度： 11. 手指夹持范围:轮毂: 12. 定位方式: 开环步进电机定位 13. 驱动方式: 步进电动机
14. 控制方式: PC+DSP运动控制卡
2.3 本章小结
本章根据设计要求完成了生产线布局的设计及机械手总体方案的设计。首先考虑到轮毂生产线的效率问题选定了机构的类型和驱动方式，确定了传动方案，考虑机械手的结构合理性确定了机械手各个部件的设计方案以及控制方案，最后确定机械手的技术参数。
第3章 结构的设计
3.1 引言