全向移动式家用服务机器人抓取取物机械手设计与实现(2)
7.1.1 水平时受力分析 31
7.1.2 垂直时受力分析 33
7.2 大臂受力分析 34
结论 37
致谢 38
参考文献 39
附录A 大臂工程图 A3 40
附录B 基座底板工程图 A3 41
附录C 小臂工程图 A3 42
附录D 腰部平台工程图 A3 43
附录E 装配图 A1 44
1 引言
近年来随着机器人技术的迅猛发展,机器人的用途已经不再局限于工业制造领域，而是向军事、医疗、服务等领域渗透。机器人技术作为一个战略层面的技术受到前所未有的广泛关注和研究。这意着机器人不仅将形成一个巨大的产业,并将对一个国家的综合国力、可持续发展产生巨大而深远的影响[1]。
作为未来机器人产业的重要组成部分，家庭服务机器人能够替代人完成家政服务工作,包括进行防盗监测、安全检查、清洁卫生、物品搬运、家电控制,以及家庭娱乐、病况监测、儿童教育、报时催醒、家用统计等工作。
1.1 研究背景
目前被广泛使用的服务机器人大部分用于室内清洁，具备机械手臂的机器人基本停留在实验室阶段，只有少量被用于酒店，展会等场所。机械手臂到目前为止都没被服务机器人大量采用并不是因为家庭服务不需要使用机械臂，恰恰相反，由于没有机械臂，家庭服务机器人的使用范围被大大缩小。
机械手臂并未被广泛使用是因为其较大的技术难度导致的成本高昂，这些技术难点包括：基于视觉的手臂控制、智能空间定位与循迹以及高精度要求的机械结构。本文的研究重点是机器人手臂结构研究。
家庭服务机器人的机械手臂结构设计研究方向主要有两个：一种是以较成熟的工业机器人手臂为模板设计的立式机械臂，它们类似于工业机器人使用的机械臂，技术较为成熟；另一种是仿人机械手臂，仿人机械手臂采用仿人的手臂布置，具备很多立式布局不具有的优点，比如，出色的执行能力，友好的外观以及对室内空间极大的适应性。因为这些优点，虽然仿人研究起步较晚，但进展较快，是目前机器人研究的一个主要方向。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本课题的研究目及要求
随着家庭护理对机器人要求的进一步提高，传统的机器人已经难以满足使用要求，市场上迫切地需要一款带有机械臂，可以完成抓取、搬运等复杂工作的家庭服务机器人。然而，目前为止，基于视觉工作的机械臂技术还不成熟，尽管该技术在工业机器人上已被广泛使用，但由于使用环境更加复杂、技术难度更高、价格居高不下等因素的影响，带有机械臂的家庭服务机器人还大多处于实验室阶段。针对以上市场需求，以及目前的技术现状，本课题提出一种用于服务机器人的低成本仿人机械手臂。在此基础上，本课题提出以下几点要求：
（1）所设计机械手在能满足室内常用物品抓取的情况下自由度尽可能少；
（2）机械臂需要有足够的运动范围，所拿起的物品重量不超过1kg；
（3）机械手应具有较好的运动平衡性和较高的运动精度；
（4）合理降低生产成本，做出实物样品，手臂总重量小于12kg。