在机器人手臂的大体尺寸与传动部件确定后，可以开始设计机器人手臂本 体各部分的结构。从传动部件的尺寸及与其相邻零件的连接方式出发，对关节 中所有标准与非标准零件进行结构设计。所有非标准零件在设计时，必须考虑 结构可靠、加工方便，同时尽量减少其质量，提高机器人手臂运行的平稳性。
连接模块是连接不同关节的中间装置，各个关节之间就是通过它进行固定 连接。对于本机器人手臂来说，五个关节的连接需要四个连接模块，其结构形 式基本相似，只是一些尺寸参数略有不同。
关节作为机器人手臂的核心组成部件，应具有高集成度、紧凑的结构、
低重量、大负载自重比、并且需要具有一定的感受外界环境的能力。模块化 的设计方法不仅便于设计和修改，缩短研制周期，而且有利于降低研制成本，
改善整个系统的互换性和可维修性。在各关节的设计中，采用了模块化的思 想，尽量减少单独设计的机器人手臂零件【４４粕】。
按照模块化设计的思想，机器人手臂的各个关节基本结构相同，但由于 每个关节所需驱动力矩不同，在某些零部件的尺寸及一些元件的型号上有所 不同。由于机器人手臂自身重力和关节位置的影响，大臂的第一关节和第二 关节要比小臂的三个关节承受更大的负载，因此大臂的两个关节所需驱动力 矩较大，在结构尺寸和重量上也要比小臂的三个关节大些，这样设计也能降 低整个系统的重心，使机器人手臂运行起来更稳定。
２．４．１连接模块的基本结构
连接模块的整体结构较为简单，为两面相互垂直的面板，如图２－４所示，
两面板上分别连接相邻关节的电机、减速器等其他集成部件，每面板上，根 据减速器输出端的外径，相应的分布有一定数量的连接螺钉孔，另外两面垂 直面板设计了加强筋可以提高其承载能力，采用加强筋也可以起到减少面板 厚度的作用，考虑到各关节走线的需要，在其中一块连接板设计了走线孔，
同时也能从整体上降低机器人手臂的重量。四个连接模块上还安装有关节限
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位和零位校正所用的撞块、挡片等零件，可根据需要安装在连接模块上。连 接模块的材料采用硬铝合金，在保证其刚度的同时降低了重量。
２．４．２大臂的结构
图２＿４连接模块的基本结构
大臂包括第一关节、第二关节、连接架一、连接架二，两关节模块之间通 过连接模块——连接架一相连，如图２．５所示， 在连接架上安装有撞块，用于 关节回转角度限位，挡片用于确定关节角度的零位。
图２．５大臂的外部结构
大臂通过第一关节的套筒与底座用螺栓固定，底座上还安装有第一关节的 驱动器，如图２－６所示，我们在这里设计了底座，只是为了起到支撑手臂的作
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用，底座不作为手臂的一部分，机器人手臂安装到服务机器人上时，可将与底 座的连接拆下。
图２－６第一关节与底库的连接
第一关节：该关节模块承受了机器人手臂后面关节及负载的重量和由后 面关节产生的重力矩，因此该关节模块必须具有足够大的功率能够使关节平 稳转动。
在机器人手臂工作过程中，如果突然失去供电，机器人手臂关节在惯性和 重力的作用下会继续运动，导致其末端继续运动可能造成损坏，所以需要采取 一定措施防止此类事件的发生。按照机器人设计的一般原则，可以采用掉电制 动器或自锁装置。考虑到第一关节承受的力矩最大，所以我们在第一关节增加 了抱闸，可以防止电机轴在静止或断电时发生转动，起到制动的作用，选用的 抱闸型号为Ｍａｘｏｎ公司的ＡＢ２８．２２８３９０，是由Ｍａｘｏｎ公司在出厂前与ＥＣ４５
电机安装在一起。
第一关节要求有较大的传动比，关节的直流伺服电机型号为ＥＣ４５电机，
行星齿轮箱的减速比为４．３，谐波减速器减速比为１２０，第一关节总的传动比 为５１６，谐波减速器的额定转矩为６７ＮＭ。驱动器属于关节的一部分，但由于 选用的驱动器体积较大，不宜将其安装在关节套筒内，因此我们将驱动器安装 在关节外面，第一关节的驱动器安装在底座上，如图２－６所示。
第一关节组成部分包括：直流伺服电机、行星齿轮箱、驱动器、谐波减速 器、编码器，传感器、连接板、挡块、套简，如图２．７所示，其连接关系为：
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直流伺服电机与行星齿轮箱装在套简内，抱闸安装在电机后面，其后端伸出套 筒外，由于ＥＣ４５电机尺寸较长，编码器集成在电机里面，套筒与连接板通过 螺钉连接，直流伺服电机与行星齿轮箱、行星齿轮箱与谐波减速器均通过键连 接传递运动，谐波减速器与连接板通过螺钉固定，谐波减速器的输出端与连接 架一通过螺钉连接，第一关节驱动器用螺钉固定在底座上，传感器固定在连接 板上，用于关节的零位校正，连接板上还安装有挡块一、挡块二，连接架与谐 波减速器相连的面板上装有撞块和挡片，当关节转动时，撞块与挡块发生碰撞 即可限制关节转动的角度。第一关节由挡块所限位的回转角度为＋７０。。套筒并 不是完全封闭的，而是有一个缺口，用于通过电缆等。
图２．７第一关‘肖的结构组成
第一关节具体运动过程为：当机器人手臂驱动器获得指令后，直流伺服电 机丌始转动，其转动通过行星齿轮箱传递至谐波减速器的输出端，谐波减速器 的输出端丌始转动，与其相连接的连接架一同时转动，连接架一上的挡片经过 光电传感器上方时，遮挡了光电传感器中发光二极管的光，传感器得到信号，
使手臂处于零位置，即此时关节角为零。当第一关节继续转动，连接架一装上 的撞块与连接板一上的挡块相撞时，电机向相反方向转动，由此可以限制第一 关节在两个挡块确定的范围内转动，第一关节转过的角度通过编码器转化为电 信号，反馈至控制系统。驱动器在整个控制环节中处于控制系统一驱动器一电 机的中间换节，其主要功能是接收来自控制系统的信号，然后将信号进行处理 再转移至直流伺服电机，并且将电机的工作情况反馈至控制系统。
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第二关节：第二关节与第一关节采用了相似的结构，在组成上比第一关 节少了抱闸，其他各部件均相似，其驱动器安装在连接架～上。由于所需驱 动力矩不一样，其直流伺服电机和谐波减速器的型号不同，关节的直流伺服 电机型号为ＥＣ９０盘式电机，行星齿轮箱的减速比为３．５，谐波减速器减速比 为５０，第二关节总的传动比为１７５，谐波减速器的额定转矩为３９ＮＭ，其工 作过程与第一关节基本相同。第二关节结构如图２．８所示，挡片在连接架二 的安装位置如图２－９所示，当关节角为零时挡片处于传感器正上方。第二关 节由挡块所限位的回转角度为＋７００。
图２．８第二关：１了的结构组成
图２－９挡片二在连接架上的安装位置
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２．４．３小臂的结构
小臂的三个关节分别由两个连接模块——连接架三和连接架四连接起 来，连接架的基本机构相似，其尺寸是根据与其相连的谐波减速器的输出端 外径尺寸来确定。相对于大臂的两个关节，小臂的三个关节由于驱动力矩较 小，故传动比要求比较低，只采用谐波减速器传动。第三关节与第四关节采 用了完全相同的结构，第五关节采用了与第三、第四关节相似的结构。
图２．１０小臂的外部结构１
图２－１ ｌ小臂的外部结构２
第三关节、第四关节的基本结构与第二关节相同，电机为ＥＣ９０盘式电 机，谐波减速器的传动比为１００，额定转矩为２４ＮＭ，如图２．１２所示，其工 作过程与第一关节基本相同。第三、第四关节的驱动器分别安装在连接架二、
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接架三上，撞块和挡片安装在连接架上，为避免这些零件在运动过程中产生 干涉，将撞块和挡片分别安装在连接架其中一块面板上的两边，第三关节的 撞块、第四关节的挡片安装位置如图２．１０所示，第三关节的挡片、第四关 节的撞块安装位置如图２．１ｌ所示。两个关节的回转角度范围为±７６。。
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图２．１２第三、第四关节的结构组成
第五关节采用了与第三、四关节类似的结构，其驱动器安装在连接架四 上，由于承受的力矩最小，故其谐波减速器的额定转矩最小，电机为ＥＣ４５ 盘式电机，谐波减速器的传动比为１００，额定转矩为５ＮＭ，其工作过程与第 一关节基本相同。其整体结构尺寸相对于第三、四关节更小，第五关节的结 构如图２．１３所示。
图２．１３第五关节的结构组成
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第五关节谐波减速器的输出端可根据需要安装不同的术端执行器来完 成不同的任务，其限位可根据安装的执行器来确定，其回转角度范围在这里 初步定为＋７６。。