1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

第一章 绪论

1.1机器人概述

机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景[1]。

机器人一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机器人。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机器人，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机器热在国外称为”mechanical hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

第二章 机械手臂的设计方案

2.1机械手的坐标型式与自由度

按机械手手腕的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。

直角坐标型：臂部由三个相互正交的移动副组成，如图2-1。带动腕部分别沿X,Y,Z三个坐标轴的方向作直线移动。结构简单，运动位置精度高。但所占空间较大，工作的范围相对较小。

图2-1直角坐标型

圆柱坐标型：臂部由一个转动副和两个移动副组成，如图2-2。相对来说，所占空间较小，工作范围较大，应用较广泛。

图2-2圆柱坐标型

球坐标型：它是由两个转动和一个移动来改变手部空间位置，如图2-3。一般腰关节可绕Z1轴转动，大臂可在Z1-Z3平面内作俯仰摆动，小臂可伸缩移动，如图所示。它能抓取地面上的物体，其结构紧凑，所占空间体积小，但目前应用较少。

图2-3球坐标型

关节坐标型：模拟人的上臂构成的。由动力型旋转关节和大，小两臂组成。腰关节绕Z1轴转动，臂的两个关节绕Z2和Z3轴转动，如图2-4所示。其动作灵活，所占空间小，工作范围大，能在狭窄空间内绕过各种障碍物。

图2-4关节坐标型

通过对以上四种机型的对比可以看出关节型机结构紧凑，工作空间大，易于实现复杂轨迹。另外由于本机械手要自由的实现三维空间的各种姿势，可以生成各种复杂形状的轨迹，相对机器人的安装面积，其动作范围很宽。因此，采用关节坐标型式[4]。

自由度是为确定机器人动作位置所需要的独立变量的数目。

2.2 关节设计

2.2.1机器人重要设计参数

根据本机器人的应用要求，其主要的设计参数要求如表2-1所示。

表2-1 机器人设计主要参数

项目	技术参数
结构形式	关节型
自由度数	3
最大速度	1.25m/s
持重量	6kg
驱动方式	直流伺服电机

经过参考多本参考资料的查看，和机器人作业场所和空间的需要，一般机器人末端执行器的工作位置决定了机器人自身的臂长。在这里可以采取如下方式

腰部高为0.65m

大臂有效长度为0.60m（大臂关节到小臂关节的距离）

小臂有效长度为0.60m（小臂关节到手腕的距离）

各部分的运动范围采取如下方案：

腰回转为-150#176;～ 150#176;

大臂摆动为-45#176;～ 90#176;

小臂摆动为-240#176;～ 60#176;

2.2.2基座

基座的具体尺寸如图2-5：

图2-5基座

2.2.3大臂

大臂的具体尺寸如图2-6：

图2-6大臂

2.2.4 小臂

小臂的具体尺寸如图：

图2-7小臂

2.3驱动方式

驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节装置和辅助装置组成。该机器人一共具有三个独立的转动关节。

机器人常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种类型。这三种方法各有所长，各种驱动方式的特点见表2-2。

表2-2各种驱动方式的特点对照

内容	驱动方式
液压驱动	气动驱动	电机驱动
输出功率	很大，压力范围为50～140Pa	大，压力范围为48～60Pa	较大
控制性能	利用液体的不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制	气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速、高精度的连续轨迹控制	控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂
响应速度	很高	较高	很高
结构性能及体积	结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较大	结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小	伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪声低，电动机一般需配置减速装置，除DD电动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题
安全性	防爆性能较好，用液压油作传动介质，在一定条件下有火灾危险	防爆性能好，高于1000kPa(10个大气压)时应注意设备的抗压性	设备自身无爆炸和火灾危险，直流有刷电动机换向时有火花，对环境的防爆性能较差
对环境的影响	液压系统易漏油，对环境有污染	排气时有噪声	无
在工业机器人中应用范围	适用于重载、低速驱动，电液伺服系统适用于喷涂机器人、点焊机器人和托运机器人	适用于中小负载驱动、精度要求较低的有限点位程序控制机器人，如冲压机器人本体的气动平衡及装配机器人气动夹具	适用于中小负载、要求具有较高的位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高的机器人，如AC伺服喷涂机器人、点焊机器人、弧焊机器人、装配机器人等
成本	液压元件成本较高	成本低	成本高
维修及使用	方便，但油液对环境温度有一定要求	方便	较复杂

机器人驱动系统各有其优缺点，通常对机器人的驱动系统的要求有：

1）．驱动系统的质量尽可能要轻，单位质量的输出功率要高，效率也要高；

2）．反应速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大，能够进行频繁地起、制动，正、反转切换；

3）．驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小；

4）．安全可靠；

5）．操作和维护方便；

6）．对环境无污染，噪声要小；

7）．经济上合理，尤其要尽量减少占地面积。

基于上述驱动系统的特点和机器人驱动系统的设计要求，本文选用直流伺服电机驱动的方式对机器人进行驱动[5]。

2.4 制动器

制动器及其作用：

制动器是将机械运动部分的能量变为热能释放，从而使运动的机械速度降低或者停止的装置，它大致可分为机械制动器和电气制动起两类。

在机器人机构中，学要使用制动器的情况如下：

① 特殊情况下的瞬间停止和需要采取安全措施

② 停电时，防止运动部分下滑而破坏其他装置。

机械制动器：

机械制动器有螺旋式自动加载制动器、盘式制动器、闸瓦式制动器和电磁制动器等几种。其中最典型的是电磁制动器。

在机器人的驱动系统中常使用伺服电动机，伺服电机本身的特性决定了电磁制动器是不可缺少的部件。从原理上讲，这种制动器就是用弹簧力制动的盘式制动器，只有励磁电流通过线圈时制动器打开，这时制动器不起制动作用，而当电源断开线圈中无励磁电流时，在弹簧力的作用下处于制动状态的常闭方式。因此

这种制动器被称为无励磁动作型电磁制动器。又因为这种制动器常用于安全制动场合，所以也称为安全制动器[6]。

电气制动器

电动机是将电能转换为机械能的装置，反之，他也具有将旋转机械能转换为电能的发电功能。换言之，伺服电机是一种能量转换装置，可将电能转换为机械能，同时也能通过其反过程来达到制动的目的。但对于直流电机、同步电机和感应电机等各种不同类型的电机，必须分别采用适当的制动电路。

本文中，该机器人实验平台未安装机械制动器，因此机器人的肩关节和轴关节在停止转动的时候，会因为重力因素而下落。另外，由于各方面限制，不方便在原有机构上添加机械制动器，所以只能通过软件来实现肩关节和轴关节的电气制动。

采用电气制动器，其优点在于：在不增加驱动系统质量的同时又具有制动功能，这是非常理想的情况，而在机器人上安装机械制动器会使质量有所增加，故

应尽量避免。缺点在于：这种方法不如机械制动器工作可靠，断电的时候将失去制动作用。

2.5 机器人常用的传动机构形式

1.齿轮传动机构

在机器人中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮，圆锥齿轮，谐波齿轮，摆线针轮及蜗轮蜗杆传动等。

机器人系统中齿轮传动设计的一些问题

(1)齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择。齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器用于伺服系统的齿轮减速器是一个力矩变换器。齿轮传动比应满足驱动部件与负载之间的位移及转矩、转速的匹配要求，其输入电动机为高转速，低转矩，而输出则为低转速，高转矩。故齿轮传动系统要有足够的刚度，还要求其转动惯量尽量小，以便在获得同一加速度时所需的转矩小，即在同一驱动功率时，其加速度响应最大。齿轮的啮合间隙会造成传动死区（失动量），若该死区是闭环系统中，则可能造成系统不稳定，常使系统产生低频振荡，因此要尽量采用齿侧间隙小，精度高的齿轮；为尽量降低制造成本，要采用调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙，从而提高传动精度和系统的稳定性。

(2)各级传动比的最佳分配原则。当计算出传动比后，为使减速系统结构紧凑，满足动态性能和提高传动精度的要求，要对各级传动比进行合理的分配，原则如下：

a．输出轴转角误差最小原则。为了提高齿轮传动系统的运动精度，各级传动比应按”先小后大”的原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差及回转误差对输出转角精度的影响。设齿轮传动中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的总转角误差为，则

（2-1）

式中：-----第个齿轮所具有的转角误差；

-----第个齿轮的转轴至n级输出轴的传动比。

则四级齿轮传动系统的各级齿轮的转角误差（、、...、）换算到末级输出轴上的总转角误差为

（2-2）

由此可知总转角误差主要取决于最末级齿轮的转角误差和传动比的大小。因此，在设计中最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高其加工精度。

b．等效转动惯量最小原则。利用该原则设计的齿轮系统要使换算到电动机轴上的等效转动惯量最小，各级传动比也是按照”先小后大”的次序分配，以使其结构紧凑[7]。

具体而言有几点：

（1）对要求运动平稳，起停频繁和动态性能好的伺服系统，按最小等效转动惯量和总转角误差最小的原则来处理。

（2）对于变负载的传动齿轮系统的各级传动比最好采用不可约的比数，避免同期啮合以降低噪音和振动。

（3）对于提高传动精度和减小回程误差为主的传动齿轮系统，按总转角误差最小原则；对于增速传动，由于增速时容易破坏传动齿轮系工作的平稳性，应在开始几级就增速，并且要求每级增速比最好大于1:3，以有利于增加轮系的刚度，减小传动误差。

（4）对以比较大传动比传动的齿轮系，往往需要将定轴轮系和行星轮系结合为混合轮系。对于相当大大传动比、并且要求传动精度与传动效率高，传动平稳以及体积小重量轻时。可选用新型的谐波齿轮传动。

2.谐波齿轮传动

谐波齿轮传动具有结构简单、体积小重量轻，传动比大（几十到几百），传动精度高、回程误差小、噪音低、传动平稳，承载能力强、效率高等一系列优点。故在工业机器人系统中得到广泛的应用。谐波齿轮传动与少齿差行星齿轮传动十分相似，它是依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力与运动的，故谐波齿轮传动与一般的齿轮传动具有本质上的差别。

3.螺旋传动

螺旋传动及丝杠螺母，它主要是用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。螺旋传动有传递能量为主的，如螺旋压力机、千斤顶等；有以传递运动为主的，如机床工作台的进给丝杠。

丝杠螺母传动分为普通丝杠（滑动摩擦）和滚珠丝杠（滚动摩擦），前者结构简单、加工方便、制造成本低，具有自锁能力；但是摩擦阻力矩大、传动效率低（30%~40%）。后者虽然结构复杂、制造成本高，但是其最大的优点是摩擦阻力矩小、传动效率高（92%~98%），其运动平稳性好，灵活度高。通过预紧，能消除间隙、提高传动刚度；进给精度和重复定位精度高。使用寿命长；而且同步性好，使用可靠、润滑简单，因此滚珠丝杠在机器人中应用很多。由于滚珠丝杠传动返行程不能自锁；因此在用于垂直方向传动时，须附加自锁机构或制动装置。在选用滚珠丝杠要考虑以下几项指标：

（1）滚珠丝杠的精度等级；

（2）滚珠丝杠的传动间隙允许值和预加载荷的期望值；

（3）载荷条件（静、动载荷）以及载荷允许值；

（4）滚珠丝杠的工作寿命；

（5）滚珠丝杠的临界转速；

（6）滚珠丝杠的刚度；

减小滚珠丝杠空回行程的方法，多是采用双螺母结构，使螺母与丝杠之间有一定的预加载荷。这样可以消除传动间隙，提高传动精度与刚度。但是预加载荷会使滚珠丝杠寿命下降，所以，预加载荷不应超过工作载荷的1/3[8]。

4.同步带传动

同步带传动是综合了普通带传动和链轮链条传动优点的一种新型传动，它在带的工作面及带轮外周上均制有啮合齿，通过带齿与轮齿作啮合传动。为保证带和带轮作无滑动的同步传动，齿形带采用了承载后无弹性变形的高强力材料，无弹性滑动，以保证节距不变。同步带具有传动比准确、传动效率高（可达98%）、节能效果好；能吸振、噪声低、不需要润滑；传动平稳，能高速传动（可达40m/s）、传动比可达10，结构紧凑、维护方便等优点，故在机器人中使用很多。其主要缺点是安装精度要求高、中心距要求严格，同时具有一定的蠕变性。同步带带轮齿形有梯形齿形和圆弧齿形。

5.钢带传动

钢带传动的特点是钢带与带轮间接触面积大，是无间隙传动、摩擦阻力大，无滑动，结构简单紧凑、运行可靠、噪声低，驱动力矩大、寿命长，钢带无蠕变、传动效率高。

6.链传动

在机器人中链传动多用于腕传动上，为了减轻机器人末端的重量，一般都将腕关节驱动电机安装在小臂后端或大臂关节处。由于电机距离被传动的腕关节较远，故采用精密套筒滚子链来传动。

7.钢丝绳轮传动

钢丝绳轮传动具有结构简单、传动刚度大、结构柔软，成本较低等优点。其缺点是带轮较大、安装面积大、加速度不宜太高。

传动方式

由于一般的电机驱动系统输出的力矩较小，需要通过传动机构来增加力矩，

提高带负载能力。对机器人的传动机构的一般要求有：

（1）结构紧凑，即具有相同的传动功率和传动比时体积最小，重量最轻；

（2）传动刚度大，即由驱动器的输出轴到连杆关节的转轴在相同的扭矩时角度变形要小，这样可以提高整机的固有频率，并大大减轻整机的低频振动；

（3）回差要小，即由正转到反转时空行程要小，这样可以得到较高的位置控制精度；

（4）寿命长、价格低。

本文所选用的电机都采用了电机和齿轮轮系一体化的设计，结构紧凑，具有很强的带负载能力，但是不能通过电机直接驱动运动。为减小机构运行过程的冲击和振动，并且不降低控制精度，采用了齿轮传动[9]。

在本文中主要用于腰关节、肩关节和肘关节的传动。腰部采用三级直齿轮传动，大臂采用圆锥-圆柱齿轮传动，小臂采用圆锥-圆柱齿轮传动。其中腰部电机通过三级减速后驱动腰部在水平面内转动，实现一个自由度。大臂上的伺服电机通过三级减速驱动大臂在竖直面内转动，实现一个自由度。小臂伺服电机通过三级减速驱动大臂在竖直面内转动，实现一个自由度。

现以大臂设计为例，说明电机及各轴的选择。

大臂长为L=600mm

驱动大臂的总负载在一般情况下约为50kg。

旋转力矩T为：T=120N

=0.2kW (n=15 r/min)

=0.21kW

Pm≥(1～2)( P0 Pa)= (1～2)#215;0.41kw

因此，经考虑可以选用型号为130SZ04（小惯量）的电动机。

具体规格如下所示：

额定功率：0.6kW

额定转距：1.9N#183;m

额定转速：3000r/min

重 量： 11.8kg

大臂驱动部件采用3级半开式圆锥#8212;圆柱齿轮传动路线见图2-8

图2-8大臂传动机构

各轴转速、输入功率、转距见表2-3。

表2-3 大臂各轴情况表

	轴I	轴II	轴III	轴IV
转速（r/min）	3000	750	125	30
功率(Kw)	0.594	0.547	0.505	0.464
转矩N#183;m	1.89	6.97	38.5	147.1

1.第一级锥齿轮传动设计

（1）选择材料

由于机器人大臂旋转部分要求结构较小，质量较轻，同时又要有足够的刚度，因此要选用一些合金材料。在此，选用材料为：

小锥齿轮：20Cr2Ni4 渗碳淬火，硬度HB=350,7级精度；

大锥齿轮：20CrMnTi 渗碳淬火，硬度HB=300,7级精度 [5]。HRC=58～62 取HRC=60

（2）设计计算

按齿面接触疲劳强度进行计算

寿命系数Zn 因长期使用，取Zn1=Zn2=1

接触疲劳强度极限σh

σh1=1380MPa

σh2=1380MPa

接触系数nH=1.2；设周速度Vlt;3m/s；则速度系数ZV=1

许用接触应力[σH]

=1092.5MPa

=1092.5MPa

载荷系数

工作情况系数=1.25；动载荷系数=1.35；载荷分配系数=1.31

则载荷系数 K= =2.21

则。

材料系数ZE=189.8

节点系数ZH=2.37

小齿轮转矩T

T=9.55#215;106P1/n1=1890.9N#183;mm

传动比i=4

计算小齿轮直径

=15.47mm

验算圆周速度V

平均直径dm1 =(1-0.5Ψr) d1=13.54mm

则V=1.44m/s与假定值相符合。

其几何尺寸见表2-4。

表2-4 大臂一级齿轮参数表

	Z1	Z2
齿数	19	76
节锥角（#176;）	14.04	75.96
分度圆直径（mm）	19	76
齿顶圆直径（mm）	21	78
节锥顶距（mm）	39.2
模数	1
齿宽	10

按齿根疲劳强度进行校核

寿命系数Yn 因长期使用，取Yn1=Yn2=1

σOF2=750MPa

弯曲安全系数 S=2

尺寸系数Yx1=Yx2=1

许用弯曲应力[σF]

[σF1]=σOF1#183;Yn#183;Yx1/nF=375MPa

[σF2]=σOF2#183;Yn#183;Yx2/nF=375MPa

齿根应力集中系数弯曲疲劳强度极限 σOF1=750MPa

当量齿数： Ze1=Z1/cosδ1=15.5 Ze2=Z2/cosδ2=247.3

齿形系数： YF1=3.1 YF2=2.28

力集中系数： Ys1=1.5 Ys2=1.74

载荷系数 K= KAKVKβ=2.21

弯曲应力σF

=324.3 MPalt;[σF1]

=17.29 MPalt;[σF2]

结论：弯曲强度是足够的。

2.第二级圆柱齿轮传动设计

由于机器人大臂旋转部分要求结构较小，质量较轻，同时又要有足够的刚度，因此要选用一些合金材料。小齿轮材料为40Cr，调质处理，硬度为HBS280,大齿轮材料为45钢,硬度为HBS240, 二者材料硬度相差HBS40。

选小齿轮的齿数Z1=20 大齿轮的齿数Z2=20#215;6=120

(1) 设计计算

按齿面接触疲劳强度设计，

计算公式为

式中Kt#8212;#8212;载荷系数；

T1#8212;#8212;转矩；

u#8212;#8212;传动比；

ZE#8212;#8212;弹性模量；

oslash;d#8212;#8212;齿宽系数；

[σH] #8212;#8212;许用应力（MPa）；

确定公式内的各计算值

试选载荷系数Kt=1.4

齿宽系数

弹性系数ZE=189.8MPa

小齿轮接触疲劳强度极限σHlim1=600 MPa

大齿轮接触疲劳强度极限σHlim2=550 MPa

计算循环应力次数

N1=60n1jLh=60#215;750#215;1#215;8#215;300#215;15=1.62#215;109

N2=60n1jLh=60#215;125#215;1#215;8#215;300#215;15=1.7#215;108

取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.90 KHN2=0.95

失效概率为1%，安全系数S=1.2

[σH]1= KHNσHlim1/S=0.9#215;600=540 MPa

[σH]2= KHNσHlim2/S=0.9#215;600=540 MPa

计算工作载荷

T1=9.55#215;106#215;P2/n2 =5470N#183;mm

初步求小齿轮直径

将上述各值代入公式(3-1)有

=19.05mm

验算圆周速度：=1.31m/s

计算齿宽

b=σd#183;d1t=0.6#215;19=11.4mm

求载荷系数：

K=KAKVKαKβ

使用系数KA =1.25 ；

动载系数KV =1.1 (假定V=3～8m/s) ；

齿间载荷分配系数Kα=1.2；

齿向载荷分配系数Kβ=1.4；

将上述各值代入得K= 1.25#215;1.1#215;1.2#215;1.4=2.31。

按实际载荷系数校核多的分度圆直径

d1=d1t=（2.31#215;19.32#247;1.4）1/3=18.32mm

计算模数 m=d1/Z1=18.32#247;17=0.916

取m =1.25。

其具体几何尺寸参数如表2-5。

表2-5 大臂二级齿轮参数表

	Z1	Z2
齿数	20	120
模数	1.25
压力角（#176;）	20
分度圆直径（mm）	25	150
齿顶圆直径（mm）	27.5	152.25
齿根圆直径（mm）	21.875	146.875
中心距（mm）	87.5
齿宽（mm）	15	10

3.第三级圆柱齿轮传动设计

材料同前，具体的设计参考前面的设计（计算略），其尺寸参数见表2-6。

表2-6 大臂三级齿轮参数表

	Z1	Z2
齿数	27	113
模数	1.5
压力角（#176;）	20
分度圆直径（mm）	40	169.5
齿顶圆直径（mm）	43.5	172.25
齿根圆直径（mm）	3675	165.75
中心距（mm）	105
齿宽（mm）	15	10

4.驱动部分各传动轴的设计

（1）第一级齿轮轴的设计

为使大臂的质量减轻，而又有一定的刚度、强度，因此该轴选20Cr2ni4调质处理。σB=850MPa； σS=670MPa; σ-1=630MPa ; τ-1=320MPa。

受力分析

轴上锥齿轮直径 d1=19mm

轴的传递功率 P1=0.594kW

轴的转速 n1=3000r/min

轴的转距 T1=1890N.mm

锥齿轮圆周力 Ft=2T/d=199N

锥齿轮径向力 =70.3N

锥齿轮轴向力 =17.6N

轴的最小直径计算公式如下

(2-3)

将以上各值代入公式(2-3)得

.=6.75mm（考虑到有键槽削弱，取d1=10mm），

拟出的结构图如下图

（2）第二级齿轮轴的设计

具体步骤同前，这里不在重复，由公式(2-3)得

=9.82mm

考虑到键槽的影响，取轴的最小直径d=15mm，拟出的结构图如下图

（3）第三级齿轮轴的设计

具体步骤同前，这里不在重复，

=17.63mm

考虑到键槽的影响，取轴的最小直径d=20mm，拟出的结构图如下图

（4）轴IV的设计

这里采用空心轴的形式，目的是为了减轻回转轴的质量和转动惯量。

由式：

取=0.8；A=107;P4=0.464;n=30

将各值代入上式的d32.13mm；取d=40mm

用相同的方法确定基座，小臂的电机选型，表2-7,2-8所示。

表2-7基座电机型号

电机型号	110SZ55
额定功率	0.4kw
额定转矩	1.28 N#183;m
额定转速	3000r/min
质量	7kg

表2-8小臂电机型号

电机型号	松下伺服电机
额定功率	0.4kw
额定转矩	1.3N#183;m
额定转速	1500r/min
质量	2.3kg