步进电机驱动的双轨道多关节型机器人设计+CAD图纸(3)
2.2 机器人手臂结构方案设计
手臂的总体设计是工业机器人设计的首要问题，主要有包括总体方案设计和基本技术参数设计。
2.2.1 方案一
图2.1 方案一
方案优缺点分析说明：优点：运动直观性强，工作范围大。缺点：机械臂尺寸的结构的限制，不能抓取离自身太近的工件。
驱动与控制：按照设计任务书要求，驱动为步进电机驱动。控制采用PLC控制，控制流程为：
控制系统（PLC） 驱动系统 执行机构 立柱、手部、手臂、手腕
位置检测装置
2.2.2 方案二
图2.2 方案二
方案优缺点分析说明：以上这个方案的导杆和丝杠都可以买到（当然也可以定制），两端的架子要自己加工，尺寸根据刚度计算的结果定。机器人安装在右侧，左侧安装电机和减速器，两边在设计上力求重量接近，这样对下方导杆的弯矩可以抵消些。电机带动丝杠转动，电机+导杆+机器人一起平动。方案应该可行，缺点就是“大滑块”比较复杂，要自己设计，制造成本高。
驱动与控制：按照设计任务书要求，驱动为步进电机驱动。控制采用PLC控制，控制流程为：
控制系统（PLC） 驱动系统 执行机构 立柱、手部、手臂、手腕
位置检测装置
2.2.3 方案三
图2.3 方案三
方案优缺点分析说明：优点：占据空间小，当把整个“龙门型导轨”倒转，下面两导轨安装在一个立门架上工作范围会更大。缺点：运动直观性差，驱动控制比较复杂。
驱动与控制：按照设计任务书要求，驱动为步进电机驱动。控制采用PLC控制，控制流程为：
控制系统（PLC） 驱动系统 执行机构 立柱、手部、手臂、手腕
位置检测装置
2.2.4 终选方案
综合对比以上方案，方案三结构紧凑，占用安装空间小，工作范围更大，运动更灵活自由，同时可绕过障碍物运送或提取工件，也能抓取离自身较近的工件。方案三机械臂机构部分还具有动作运动惯性小、通用性强，有着更高的定位精度等优点。因此，方案三为选方案。
图2.4 最后三文效果图
3 结构设计及计算
3.1 结构设计
参考国内外工业机器人的典型结构，初步对各个回转关节的结构单独分析。
(1) 腰部回转关节
图 3.1 腰部回转示意图 1
方案一：如图3.1左图所示，电机安装在底座下面，其输出轴经行星减速器减速后，直接带动第一关节输出轴，使整个腰部在基座上回转。
方案二：如图3.1右图所示，电机安装在底座上面，其输出轴先经行星减速器减速，再经一对齿轮减速后，由第一关节输出轴带动整个腰部在基座上回转。
两种方案在传动实现上，都是可行的。均采用了减速比大、体积小、重量轻、精度高、回差小、承载力大、噪音小、效率高、定位安装方便的行星减速器。虽然方案二在安装和文修方面优于方案一，但是方案一的传动结构简单一点，而且少了一对普通直齿轮，其整体结构并不复杂，电机经行星减速器减速后，速度己经较低，噪音问题不突出。故综合考虑，腰部回转关节选择方案一。
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