连杆机械手结构优化设计探讨
连杆机械手结构优化设计探讨
摘要：机械手臂的设计是目前机器人科学的研究范围内的热点。在本文中考虑的是机械手
臂的重量、材料和移动速度的优化设计。在满足基本条件的前提下， 通过最小化机械手臂的质
量， 验证了默认动作的设计可以满足要求。
关键词： 机械手臂； 优化设计； 质量；
机械手臂种类较多， 每个类型的手臂之间结构之间存在着显著的差异。因为其内部根据特殊要
求的电子电路和设计的圆截面棒。考虑到经济和美观的需求， 采用等强度部分 （即每个部分
的压力相等但尺寸不相等） 设计。机械手臂轴承是维持一只手和手腕的一个重要组成部分，
它的作用是使得手抓住物体以及处理由于指定位置的要求。这是设计负载的情况下必须的手
臂， 手臂结构设计方案质量最小。
1 方案设计
本文在对机械臂结构分析的基础上， 提出了模块化的机械臂优化的方案， 对机械臂进行模块
化的拆分， 进而对各个模块分别优化， 然后经过硬件的连接将优化后的各个模块联合运动。
通过机械臂的控制模块将机械臂电机、位置传感器以及其他控制器进行合理的集成化， 最后通
过一定的整合[1], 形成一个完整的机械臂运动系统。机械臂的结构优化的重点在于对机械臂的
一些重要部位进行模块化的设计及优化。通过此种模块化的结构设计、开发周期短、机械效率
高、结构紧凑的每一部分；模块使用标准化的设计方法， 具有良好的兼容性， 且易于维护[2].
同时， 因为没有互动模块， 所以我可以请求根据自由度， 自由组合各种模块， 减少了机械臂
的开发成本， 通过对机械臂模块化的设计控制方式简单、控制耦合性高、控制效率高、机械手
臂系统由几个模块的接线也很方便。
模块化的机械手， 其每一个关节都可以认为是机械手臂的分界点， 一部分的关节连接到基本
可视为基本关节的一部分， 并执行组件和想要连接的接头是本地机械手臂系统基础。所以根据
机械臂关节可以分为几个简单运动的结构配置， 当这种类型的机械臂自由程度超过六时候，
机械臂工作空间的运动学解决方案将被关闭[3]. 系列多连杆模块化机械臂结构的许多优点， 这
配置得到了广泛的应用。
2 机械手臂关节结构优化选型
机械臂结构优化的最主要的方面是对机械臂关节结构形式的选取， 结构优化主要是对于机械臂
传动设备、旋转设备以及制动设备的优化[4].机械臂关节部分可以分为输入端子和输出端子。
关节部位的电动输入部分， 输入端子需要对关节的制动设备进行优化的配置， 从而使得制动
装置和机械臂的下一部分关节进行有效的输入输出连接， 前一级的输入和后一级的输出可以采
用平行设置或者垂直设置。如果选择垂直设置， 可以使用涡轮蜗杆的方式， 然而涡轮蜗杆的
方式可能对机械臂的制动产生一定的影响， 因此大多数机械臂关节的输入设备和输出之间采用
平行的方式连接。这种平行的方式也可以分为两种， 分别是中心轴平行和轴距平行。比如说，
"精神"火星车设置的机械臂的关节恰好采用的是轴距平行的方式。此类方式的结构不复杂、能
量传输效率高、传输距离短， 然而此种连接方式的占有空间较大， 各个部分都需要非常严格
的尺寸控制， 从而增加了整个系统的成本。轴距平行的方式存在着两种模式的选取， 一种是
输入与输出的轴线保持平行的关系， 然而存在一个距离的偏差， 并不共线， 尽管此种方式尽
可能的减少了机械臂活动的空间， 然而却增加了电能传送的距离，增加了能耗， 因此， 此种
模式很少被用到。另外一种的模式是输入设备和输出端垂直的连接， 此类方式尽管硬件设施的
连接相对复杂， 然而因为控制装置的结构比较小， 能够尽可能的降低空间的大小， 降低了空
间成本， 因此此种方式被广泛使用[5].
对于机械臂关节控制设备的设计， 在选取控制设备的方向上， 应当把重点放在对于谐波控制
器件及齿轮减速器件的选取， 在主要器件选取后， 对其他配套的设备进行合理的搭配， 比如
同步带等。
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连杆机械手结构优化设计探讨 摘要：机械手臂的设计是目前机器人科学的研究范围内的热点。在本文中考虑的是机械手臂的重量、材料和移动速度的优化设计。在满足基本条件的前提下，通过最小化机械手臂的质量，验证了默认动作的设计可以满足要求。 关键词：机械手臂；优化设计；质量；机械手臂种类较多，每个类型的手臂之间结构之间存在着显著的差异。因为其内部根据特殊要求的电子电路和设计的圆截面棒。考虑到经济和美观的需求，采用等强度部分（即每个部分的压力相等但尺寸不相等）设计。机械手臂轴承是维持一只手和手腕的一个重要组成部分，它的作用是使得手抓住物体以及处理由于指定位置的要求。这是设计负载的情况下必须的手臂，手臂结构...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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