摘要：全球每年都有很多人因为各种意外丧失了行动能力，再加上社会已经步入老龄化社会，因此，对于家庭护理的需求也日益增大。在这种社会背景条件下，美国、日本、欧洲在上个世纪就已经开始了家庭服务机器人的研发，国内在该领域发展相对较晚。而本课题就是基于国内如今研究情况，结合国内国情，设计的一款成本较低、功能完善的残障服务机器人。该机器人具有两个六自由度手臂，抓取物品非常灵活方便，而且机械臂上装有红外传感器，保证了家用机器人的安全性。该机器人的软件开发是基于目前流行的ROS机器人开发平台，软件开发方便简单，足以满足家用机器人控制需求。该机器人的设计完全可以实现为残障人士或者行动不便的老年人提供日常生活照顾，并且具有较高的安全性。

关键词：服务机器人、机械臂、谐波减速器、仿人

Abstract：A lot of people in the world have lost their ability of action every year, and the society has entered an aging society. Therefore, the demand for family care is increasing. Under this social background, the United States, Japan and Europe have started the research and development of family service robots in the last century, and the domestic development in this field is relatively late. And this topic is based on the current domestic research situation, combined with the domestic conditions, designed a low cost, perfect function of the disabled service robot. The robot has two six degrees of freedom arm, which is very flexible and convenient to grab, and the robot arm is equipped with infrared sensors to ensure the safety of the home robot. The software development of the robot is based on the current popular ROS robot development platform. The software development is convenient and simple enough to meet the control needs of domestic robots. The robot can be designed to provide daily life care for the disabled or inconvenient elderly people, and has high safety.

Key words: service robot, mechanical arm, ROS, humanoid

目录

1  绪论 3

1.1  研究意义 3

1.2  国内研究现状 3

1.3  国外研究现状 3

2  机械臂结构方案及相关参数设计 5

2.1  设计要求 5

2.2  机械臂结构示意图 5

2.3  机械臂连杆参数设定 6

2.4  机械臂各关节运动机构及其计算参数设定 6

2.5  电机选型及其计算 7

2.6  减速器选型及各关节传动比设计 11

2.7  各个关节传动结构方案 12

3  机械臂运动学设计 13

3.1  齐次变换 13

3.2  正运动学 14

3.3  逆运动学 18

4  机械臂核心零部件设计（以谐波减速器为例） 20

4.1  传动结构形式的选择 20

4.2  几何参数的计算 20

4.3   凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算 20

4.4   轴结构尺寸设计 23

4.5   轴的受力分析及计算 24

4.6   轴承的寿命校核 25

4.7  轴的强度校核 25

4.8  减速器结构设计 26

5  机械臂机械结构设计 27

图9：机械臂模型图 27

6  控制系统方案设计 28

图10：机械臂控制方案图 28

7  小结 30

致谢 31

参考文献： 32

1  绪论

1.1  研究意义

作为一位机器人家族中的新型成员--服务机器人，他是一种具有自主意识的智能工作的机器人，它能服务于人类，尤其是残障和老年人士。进入二十一世纪，对于机器人越来越来深入人们的学习、生活、生产之中，人们已经形成共识。现在，随着世界很多国家开始进入老龄化社会，也就意味外来越来越多的老年人需要照顾，社会服务保障体系需要进步，家庭架构老年化一定会使年青人压力增大，而且快节奏的生活和工作生存的压力，也使得年轻人没有更多时间照顾家庭的老人和孩子，还有一些受到意外而使自我行动受损的人们。因此，随之而生的巨大需求市场就是现在越来越火的家庭服务机器人市场。