关节，都采用了三级齿轮减速，其中第级采用锥齿轮，以改变传动方向。第二三级均采用圆柱直齿轮进行减速。关节传动的最末个大齿轮固定在立柱上关节传动的最末个大齿轮固定在小臂上。小臂端部连接具有手腕，在臂的根部装有关节，的驱动电机，在小臂的中部，靠近手腕处，装有关节的驱动电机。关节，均采用两级齿轮传动，不同的是关节采用两级圆柱直齿轮，而关节采用第级圆柱直齿轮，第二级锥齿轮，使传动轴线改变方向。关节采用三级齿轮传动，第级与第二级为锥齿轮，第三级为圆柱直齿轮，关节的齿轮组除关节第级齿轮装在小臂内以外，其余的均装在手腕内部。所设计的机器人本体结构特点如下.内部铝铸件形状复杂，既用作内部齿轮安装壳体与轴的支承座，又兼作承力骨架，传递集中载荷。这样不仅节省材料，减少加工量，又使整体质量减轻。手臂外壁与铸件骨架采用胶接，使连接件减少，工艺简单，减轻了质量。.轴承外形环定位简单。般在无轴向载荷处，载荷外环采用端面打冲定位的方法。.采用薄壁轴承与滑动铜衬套，以减少结构尺寸，减轻质量。.有些小尺寸齿轮与轴加工成体，减少连接件，增加了传递刚度。.大小臂，手腕部结构密度大，很少有多余空隙。如电机与臂的外壁仅有.间隙，手腕内部齿轮传动安排亦是紧密无间。这样使总的尺寸减少，质量减少。.工作范围大，适应性广。除了自身立柱所占空间以外，它的工作空间几乎是他的长臂所能达到的全球空间。再加之其手腕轴的活动角度大，因此使它工作时位姿的适应性强。譬如用手腕拧螺钉，手腕关节，配合，次就能转。.由于结构上采用了刚性齿轮传动，调整齿轮间隙机构，弹性万向联轴器，工艺上加工精密，多用整体铸件，使得重复定位精度高。.机器人手臂材料的选择机器人手臂的材料应根据手臂的工作状况来选择。根据设计要求，机器人手臂要完成各种运动。因此，对材料的个要求是作为运动的部件，它应是轻型材料。而另方面，手臂在运动过程中往往会产生振动，这将大大降低它的运动精度。因此，在选择材料时，需要对质量刚度阻尼进行综合考虑，以便有效地提高手臂的动态性能。机器人手臂材料首先应是结构材料。手臂承受载荷时，不应有变形和断裂。从力学角度看，即要具有定的强度。手臂材料应选择高强度材料，如钢铸铁合金钢等。机器人手臂是运动的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比较轻。综合而言，应该优先选择强度大而密度小的材料做手臂。其中，非金属材料有尼龙聚乙烯和碳素纤维等金属材料以轻合金为主。在我们的设计中为减轻机器人本体的重量选用铸铝材料。关节型机器人总体结构如图所示。图关节型机器人的总体结构关节型机器人腰部结构设计通过总体分析后,确定了机器人的结构。所设计的腰关节部分采用二级齿轮减速传动。图关节型机器人腰关节驱动器和齿轮传动机构简图.电动机的选择设两臂及手腕绕各自重心轴的转动惯量分别为，根据平行轴定理可得绕第关节轴的转动惯量为分别为。分别为重心到第关节轴的距离，其值分别为，在式中故可忽略不计。所以绕第关节轴的转动惯量为同理可得小臂及腕部绕第二关节轴的转动惯量式中小臂重心距第二关节轴的水平距离。腕部重心距第二关节轴的水平距离。设主轴速度为，则旋转开始时的转矩可表示如下式中旋转开始的转矩角加速度使机器人主轴从到所需时间为则若考虑绕机器人手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为电动机的功率可按下式估算式中电动机功率负载力矩负载转速传动装置的效率，初步估算取.系数为经验数据，取.估算后就可选取电机，使其额定功率满足下式选择串励直流电动机表串励直流电动机技术数据功率额定电压额定电流额定转速滤磁方式绝缘等级工作制.串励.计算传动装置的总传动比和分配各级传动比根据经验取主轴的转速。传动装置总传动比取，分二级传动，第级是加工在轴上的齿轮与小齿轮啮合，传动比第二级传动比为.轴的设计计算计算各轴转速转矩和输入功率.各轴转速Ⅰ轴Ⅱ轴Ⅲ轴Ⅲ.各轴输入功率Ⅰ轴制动器效率Ⅱ轴齿轮啮合的效率角接触球轴承的效率Ⅲ轴Ⅲ各轴输入扭矩Ⅰ轴Ⅱ轴Ⅲ轴确定三根轴的具体尺寸两实心轴的材料均选用号钢，查表知轴的许用扭剪应力，由许用应力确定的系数为第根轴设计及校核.此轴传递扭矩因为轴是齿轮轴,所以可以将轴的轴径加工的大点,以满足齿轮啮合时强度的要求。齿轮的分度圆直径为,齿轮两端装有轴承,加工段轴肩来定位轴承.齿轮轴上装型号为滚动轴承,内径为。具体尺寸如图所示。图第级齿轮轴结构图.轴在初步完成结构设计后，进行校核计算。计算准则是满足轴的强度或刚度要求。进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的方法，并恰当地选取其许用应力，对于用于传递转矩的轴应按扭转强度条件计算，对于只受弯矩的轴心轴应按弯曲强度条件计算，两者都具备的按疲劳强度条件进行精确校核等。图轴的受力分析和弯扭矩图求作用在齿轮上的力画轴的受力简图见图计算轴的支承反力在水平面上在垂直面上画弯矩图见图在水平面上，剖面左侧剖面右侧在垂直面上合成弯矩，剖面左侧剖面右侧画转矩图见图判断危险截面截面左右的合成弯矩左侧相对右侧大些，扭矩为，则判断左侧为危险截面，只要左侧满足强度校核就行了。轴的弯扭合成强度校核许用弯曲应力截面左侧.轴的疲劳强度安全系数校核查得抗拉强度，弯曲疲劳强度，剪切疲劳极限，等效系数，截面左侧查得，查得绝对尺寸系数，轴经磨削加工，表面质量系数。则弯曲应力，应力幅平均应力切应力安全系数查许用安全系数，显然，则剖面安全。其它轴用相同方法计算，结果都满足要求。.中间轴设计此轴传递扭矩,转速,传递功率为,则安装轴承部分轴径最小,由于整个轴上零件较复杂,在两轴承之间有车在轴上的齿轮,还有安装在轴上的小齿轮,以及轴套和轴承,所以可取大点,这里取,轴承部分,轴承选为单列角接触球轴承,轴承型号为滚动轴承,其余根据结构确定.由于载荷不大,轴承选的较大,强度足够,这里不再详算。中间轴大体结构及尺寸如图所示。图中间轴结构图.主轴的设计主轴是连接腰关节与大臂的结构，因结构体积比较大,为节省材料减轻重量,故需设计成空心轴,主要承受轴向拉力,取内径,外径,用圆锥滚子轴承支承,轴承型号为滚动轴承。主轴材料选用型号为的铸铝合金。.确定齿轮的参数选择材料根据表,选择齿轮的材料为钢,经调质硬度可达。压力角的选择由机械原理知识可知,增大压力角,能使轮齿的齿厚和节点处的齿廓曲率半径增大,可提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。此处，压力角可取。齿数和模数的选择对软齿面的闭式齿轮传动,其承载能力主要取决于齿面接触疲劳强度。而齿面接触应力的大小与小齿轮的分度圆直径有关,即与齿数和模数的积有关。因此在满足弯曲疲劳强度的前提下,宜选择较小的模数和较多的齿数。这样除能增大重合度,改善传动的平稳性外,还因模数的减小而降低齿高,从而减小金属的切削量,减少滑动速度,减少磨损,提高抗胶合能力。轴上齿轮齿数取,小齿轮齿数取,轴上轴齿轮齿数取,大齿轮齿数取,模数取。齿宽系数由强度公式可知,当载荷定时,增大齿宽可以减小齿轮直径,降低齿轮圆周速度。但增大齿宽,齿面上的载荷分布不均匀性也将增大。查表,中间轴上的齿轮与大齿轮啮合时取齿宽系数为.悬臂上的齿轮与小齿轮啮合时取为.。根据公式,计算结果圆整为的整数倍,作为大齿轮的齿宽,小齿轮齿宽取,以补偿加工装配误差。所以轴上齿轮与之啮合的小齿轮齿宽轴上的齿轮齿宽,与之啮合的大齿轮齿宽确定齿轮传动的精度根据规定,齿轮精度等级分为级,级最高,级最低,常用级。根据表选用级精度的齿轮。表第级啮合齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙表第二级啮合齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙齿轮的校核已选定齿轮采用钢，锻造毛坯，软齿面，齿轮渗碳淬火，齿轮精度用级，软齿表面粗糙度为，对于需校核的对的齿轮，齿数分别为模数为，传动比，扭矩.•。.设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。.按齿面接触疲劳强度计算。式中节点区域系数，用来考虑节点齿廓形状对接触应力的影响，取.材料系数，单位为，查表，取.重合度系数，取.齿宽系数，取齿数比，其值为大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，。选择材料的接触疲劳极限应力为选择齿根弯曲疲劳极限应力为应力循环次数计算可得则查得接触疲劳寿命系数为查得弯曲疲劳寿命系数为查得接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数，又为试验齿轮的应力修正系数，按国家标准取.，试选.，求许用接触应力和许用弯曲应力将有关值带入公式得.则查图得查得，查得，取，则修正，取标准模数，与前面选定的模数相同，所以符合要求。.计算几何尺寸.校核齿根弯曲疲劳强度查得，取校核两齿轮的弯曲强度所以齿轮完全达到要求。图大齿轮结构图图小齿轮结构图.壳体设计基座部分采用球墨铸铁材料,方形结构,壁厚在左右。立柱采用铸铝,空心圆柱形状,起固定轴承外圈的作用。其他部分具体尺寸由结构确定,这里不叙述,详见图纸。关节型机器人的位姿分析关节型机器人实质上是依靠各关节坐标值的改变来运行的。