喷漆机器人设计小臂系统设计+文献综述(9)
(3.1)-(3.3)[22]
中，求解得：
l1 = 725mm
l2 = 937mm
圆整后，确定尺寸为：
l1 = 800mm
l2 = 1000mm
即：为满足技术要求中对喷漆机器人工作空间以及大、小臂和机身运动范围
的要求，取大臂长为800mm，小臂长为1000mm。 本科毕业设计说明书（论文） 第14页 共34页
3.2 小臂壳体设计
3.2.1 壳体材料的选择
选择小臂壳体材料时，不仅要考虑尽量减小手臂重量，以减小手臂相对其关
节回转轴转动时的转动惯量和偏重力矩，从而减小驱动装置的负荷，同时也要考
虑满足设计对小臂力学性能的要求。
初选定材料碳素结构钢 Q235和铸造铝合金 ZAlCu5Mn进行比较。其中，碳素
结构钢Q235含碳量适中，综合性能较好，强度、硬度、塑性、韧性等性能得到
较好配合，但密度较大；铸造铝合金 ZAlCu5Mn 虽然综合性能稍差，但足以满足
作为喷漆机器人小臂要求的力学性能，且其密度较小，更适合于在要求尽量减小
零件质量时用于制造梁臂类零件。因此，决定选用铸造铝合金ZAlCu5Mn 为所设
计的机器人小臂壳体材料。选定的铸造铝合金 ZAlCu5Mn主要有三种规格，其代号和力学性能如下表
3-1[23]
所示：
表3-1 部分铸造铝合金代号及力学性能金。
3.2.2 壳体形状结构设计
小臂壳体的长度设计要求满足求得的小臂臂长，壳体的截面形状要求满足内
部机构的安装需求，其整体形状结构还应满足足够的强度以及与大臂、平衡系统
等其他部件配合安装的要求。
综合考虑各方面条件，决定取小臂壳体为箱型，截面形状为矩形，尺寸为本科毕业设计说明书（论文） 第15页 共34页
122mm×112mm,壁厚 16mm，如图3-2所示。
图3-2 小臂壳体截面形状
3.3 小臂系统驱动环节设计计算
3.3.1 驱动环节的布置
设计小臂系统摆动由步进电机间接驱动。步进电机直接驱动滚珠丝杆转动，
使得丝杆螺母相对于丝杆做直线往复运动，从而带动与丝杆螺母联接的小臂摆动。
步进电机通过背板安装在大臂壳体上，电机与背板的联接处和丝杆螺母与小臂壳
体的联接处均需采用铰接，这样才能满足运动要求。