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体的最大当量回转半径R=50mm，手爪及物体的总重量
J1?mR2m=2.5kg,则其转动惯量?2.5?0.05/2?0.003125kg?m 222设机器人手部角速度W1从0加速到420/s所需要的时间t=0.4s,则其角加速度????180t?420?/180?0.4?7?/1.2rad/s
211 负载启动惯性矩（不计静磨擦力矩）
T1?J1?1?0.003125?7?/1.2?0.057N?m。
由于步进电机不具有瞬时过载能力，故取安全系数为2（不同），则步进电机输出的启动转矩TOUT?2T1?2?0.057?0.1145N?m。由于T必须小于步进电
out机的最大静转矩，所以选择如下二相步进电机：
型号:42HSM02。最大步距角保持转矩为2.4，步矩角1.8°，质量为0.23kg.
3.2.2 腕部俯仰关节的设计 3.2.2.1 步进电机的选择
腕部俯仰是由步进电机通过同步带机构驱动的，手爪回转装置及物体的重心到回转中心的距离l1?75mm，腕部当量回转半径R?30mm，腕部回
3转电机到回转中心的距离l其转动惯量
1
?57mm，则腕部俯仰时
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1111112m1l1?m2R2?m3l32??2.5?0.0752??1?0.032??0.2?0.0571221212212?0.0014?0.00045?0.00095J2??0.00091kg?m2m——手爪回转装置及物体总质量约为2。式中，
15kg;
m2m3——腕部总质量约为0.1kg; ——腕部回转电机的质量。
设机器人腕部俯仰角速度从??0加到??300?/s所需时间t=0.2s,则腕部俯仰角加速度
?2???/180t?300?/180?0.2?5?/0.6rad/s2，
腕部俯仰启动惯性矩
T2?J2?2?0.00091?5?/0.6?0.24N?m负载静转矩（静磨擦力矩忽略不计）。
M静?mgl1?m3gl3?3?9.8?0.075?0.2?9.8?0.057?1.8375?0.111?1.73N?m
由于M>>T,故惯性矩忽略不计，则腕部俯
静2仰总转矩T?M静?1.73N?m。
同步带的传动效率??0.95.同步带的传动比为1。则步进电机输出的启动转矩为
Tout?2T/?2i?2?1.73/0.952?2?1.73/0.9025?3.78
所以，选择如下四相混合式步进电机：
1
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型号：86HS38；最大静转矩：3.8N?m;步矩角：1.8°;质量：2。6kg.
3.2.2.2 同步带和轮的设计
腕部俯仰关节是通过二级同步带传动的，第一级同步带的轴矩为300mm，第二级为150mm.
⑴求设计功率P，由于前面已考虑到了安全
d系数，所以pd1?p1?18.1w，pbd2?p2?17.2w。
⑵选择带的节矩P
从文献[8]，图36。1—22可知带的第一级节矩代号为L，对应节矩P=9.525mm.
b第二级节矩代号为XL，对应节矩P=5.08mm.
b⑶确定带轮直径和带节线长L
p由表面36，1-73知，带轮最小许用齿数Z?12,考虑到制造和安装等因素，取Z1=12，Z级传动比都为1，带轮的直径dd2?pb2Z212?20，两
?pb1Z1??9.525?12?36.43.14??5.08?20?32.363.14
则带长L可表示为
L2?2a0??d2?2?150?3.14?32.36?300?101.6?401.6
由表面化36.1-70选取标准节线长及其齿
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数：
LP1?723.9,带长LP2?406.40代号285，齿数为76。
，带长代号为210，齿数为56。
Lp1⑷实际轴间矩
a1?a01?2723.9?714.3?300?2?304.8
取a=305。
1406.4?401.62?150?4.8a2?a02??154.8
取a=155。
2⑸啮合齿数Z⑹带宽b
smz?ent[]?62，则啮合齿数kz?1。
计算同上，查表得b号为037。 ⑺结论
s2?12.7，050。bs1?9.5mm,型
第一级同步带类型:节矩代号为L;宽度型号
bs1为050.
LP1?723.9,带长代号285，齿数为76。
1带轮齿数Z
?12,d1?36.4.
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轴间矩a1?305.
第二级同步带类型:节矩代号为XL;宽度型号b为050.
s2LP2?406.40,带长代号160，齿数为80。
?20,d1?32.26带轮齿数Z轴间矩a22.
?155.
3.2.3 小臂关节的设计
3.2.3.1 小臂回转关节步进电机和减速器的选择
当小臂与末端执行器均处于水平状态时，各部分对回转中心产生的静转矩最大，其代数和为
M静?(2?0.35?0.5?0.275?1?0.2?1?0.1)?9.8?(0.7?0.1375?0.2?0.1)?9.8?11.1475N?m
选择减速器如下：
型号为：EPL——040——007。
则步进电机输出的启动转矩为
Tout?2T/?i?2?11.1475?3.350.95?7。
所以，选择如下四相混合式步进电机； 型号：86HS38；最大静转矩：3.8N?m；步矩
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五自由度工业机器人结构
