1.2国内外移动机械臂研究现状

1.2.1国外的研究现状

1.2.2国内机械臂的研究现状

1.3移动机械臂结构设计分析

从移动机械臂的功能要求和自身的结构特点以及目前的发展情况考虑，为了适应复杂环境、宽领域、更多功能的需要， 移动机械臂的结构设计一般采用两种设计方法：一种是机械臂关节的模块化设计方法另一种是机械臂关节的分离式设计方法。模块化设计的机械臂结构的特点是将各个关节部位集成为一个模块，在集成的模块内部对驱动装置、传动结构、转角控制装置进行合理的规划，通过适当的组装使这些装置组合成一体，设计者在进行机械臂结构设计时，需要做的只是选择所需要的功能模块。而机械臂关节的分离式结构设计方法与前者相反，使用的方法是将驱动元件与旋转关节分离开，将动力通过传动机构传递到旋转关节上，让机械臂能够实现运动。这两种设计方案都具有各自的优点与缺陷，如表1-2所示。

机械臂所使用的材料的也是一个需要注意的问题，根据对移动机械臂的要求通常使用强度高、质量低的合金材料还有碳纤维。关节部位的驱动装置通常选择直流电机加上齿轮减速器进行减速，或者选用有稳定力矩输出的直流力矩电机，电路驱动装置采用的走线方式通常是内部走线。

机械臂所使用的材料的也是一个需要注意的问题，根据对移动机械臂的要求通常使用强度高、质量低的合金材料还有碳纤维。关节部位的驱动装置通常选择直流电机加上齿轮减速器进行减速，或者选用有稳定力矩输出的直流力矩电机，电路驱动装置采用的走线方式通常是内部走线。

1-2 轻型机械臂的两种结构设计对比

机械臂关节的模块化设计方法 机械臂关节的分离式设计方法

优点     机械臂关节的模块化设计方法使其关节模块成为高度集成的机电一体化产品，具有以下优点:开发周期比较短，机械传动的效率高，结构比较紧凑；标准化设计使其具有很好的互换性，便于维护；可以根据自由度的要求，进行自由组合，降低开发成本；传动装置结构相对简单、传动链紧凑、传递效率更高、布线简单。 机械臂关节的分离式设计方法将驱动与执行端分离开，可以有效地将机械臂的驱动电机集中安装在其基座上，减小了机械臂的倾覆力矩，提高了机械臂的负载能力；同时有效的减少了机械臂摆动端的质量，降低了机械臂的转动惯量，增加了负载/自重比；运行时摩擦损耗也比较低。

缺点     模块化的设计使得模块的种类比较单一，忽略了一些关节的细节处理，不能满足机械臂的特殊功能的需求；关节模块使得机械臂的各个关节部位的质量增加，从而增加了机械臂摆动部分的重量，也增大了机械臂的转动惯量，因此增大了机械臂倾覆的可能性。关节内部传动机构摩擦损耗比较大，传动效率低，关节转角范围也会受到限制。     分离式设计需要对每个关节进行单独设计，开发周期相对比较长，因为其传动链较长，导致其结构变得复杂，增大了其传动所需空间，结构不够紧凑；此种传动方式存在着疲劳破坏的问题、缩短了使用寿命、提高了维护难度和成本；而且形式也比较单一，不能根据需求自由组合，使得其应用范围受到限制。

1.3.1存在的主要问题

将机械臂安装到移动平台上后，因移动平台的运动能力使得机械臂的工作范围得以扩展，也因此降低了对机械臂的工作空间需要。然而在移动平台上安装了机械臂后必然使得其结构变得相对复杂，移动平台的负载也因此随之增加，由于机械臂作业时的动力也由移动平台提械臂的发展中存在以下两个技术问题：