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图2.2 机械手臂的坐标形式
由于本机械手在运作时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱坐标形式；相应的机械手具有三个自由度。
2.4 多功能机械手机座的设计
2.4.1 机械手腰座结构的设计要求
机械手的腰座，就是圆柱坐标机器人，球坐标机器人及关节型机器人的回转基座。它是机器人的第一个回转关节，机器人的运动部分全部安装在腰座上，它承受了机器人的全部重量。在设计机器人腰座结构时，要注意以下设计原则：
① 腰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 腰座要承受机械手全部的重量和载荷，因此，机械手的基座和腰部轴及轴承的结构要有足够大的强度和刚度，以保证其承载能力。
③ 机器人的腰座是机械手的第一个回转关节，它对机械手末端的运动精度影响最大，因此，在设计时要特别注意腰部轴系及传动链的精度与刚度的保证。
④ 腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器（电动、液压及气动）及减速器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。
⑤ 腰部结构要便于安装、调整。腰部与机械手手臂的联结要有可靠的定位基准面，以保证各关节的相互位置精度。要设有调整机构，用来调整腰部轴承间隙及减速器的传动间隙。
⑥ 为了减轻机械手运动部分的惯量，提高机械手的控制精度，一般腰部回转运动部分的壳体是由比重较小的铝合金材料制成，而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成。
2.4.2 机械手机座的具体设计
该机械手主要由机座和手臂两部分组成。机座的主要任务是支撑和完成手臂回转，实现其在整个空间的运动。电动机固定在基座上，机座和大臂又转动灵活的交叉转子轴承连接，大臂的上端关节用于支撑小臂,其结构如图2.3所示。
机座的外形采用方形结构，电动机固定在基座上，通过谐波减速器把动力传送到固定在大臂上的齿轮，带动大臂在水平面内回转。
1—电动机 2—谐波减速器 3—齿轮（固定大臂） 4—齿轮 5—交叉转子轴承 6—谐波减速器 7-电动机
图2.3 机座机械结构图
2.5 多功能机械手臂关节的设计
2.5.1 机械手手臂的设计要求
机械手手臂的作用：是在一定的载荷和一定的速度下，实现机械手所要求工作空间内的运动。在进行机械手手臂设计时，要遵循以下原则：
① 应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行，相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样有利于机械手的控制。
② 机械手手臂的结构尺寸应满足机械手工作空间的要求。工作空间的形状和大小与机械手手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机械手手臂末端工作空间并没有考虑机械手手腕的空间姿态要求，如果对机械手手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。
③ 为提高机械手的运动速度与控制精度，应在保证机械手手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。
④ 机械手各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，各关节都应有工作可靠、便于调整的轴承间隙调整机构。
⑤ 机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机械手手臂运动的响应速度是非常有利的。在设计机械手的手臂时，应尽可能利用在机械手上安装的机电元器件与装置的重量来减小机械手手臂的不平衡重量，必要时还要设计平衡机构来平衡手臂残余的不平衡重量。
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