方案三：步进电机

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

因为要考虑控制问题，所以不选择方案一。又由于步进电机使用，需要控制器针对不同的电机开发不同的驱动器,开发难度和开发成本都很高,控制难度较大。故综合考虑使用方案二。

3.3减速器的选型

方案一：齿轮箱减速器

齿轮箱减速器优点：1.齿轮使用高强度低碳合金钢材料，齿轮硬度很高，采用数控工艺，接触性好，进度高。2.传动率打：一级大于96.5%，二级大于93%，三级大于90%。3.运转稳定，噪音较小。4.体积较小，结构紧凑，承载能力强，性价比高。5.易于拆检，易于安装。

方案二：RV减速器

RV减速器由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成，RV减速器具有结构紧凑，传动比大，以及在一定条件下具有自锁功能的传动机械，是最常用的减速机之一而且振动小，噪音低，能耗低，但是价格昂贵。

方案三：谐波减速器

   谐波齿轮减速器是一种减速装置，由三个基本构件所组成：固定的内齿刚轮、柔轮（即其基体与从动轴相连的弹性薄壁套杯“在柔轮开端的母线上做出齿圈”）、和使柔轮发生径向变形的波发生器。种传动与一般的齿轮传递具有本质上的差别，在啮合理论、集合计算和结构设计方面具有特殊性。谐波齿轮减速器具有高精度、高承载力等优点，和普通减速器相比，由于使用的材料要少50%，其体积及重量至少减少1/3。

方案一虽然有较多优点，但是体型较大，重量大，精度不及RV减速器和谐波减速器，故不选择；综合考虑机器人手臂的精度要求和成本，机器人第1、2、3轴选择RV减速器，第5、6轴选择谐波减速器。

3.4机械臂传动系统设计方案

本课题设计的机械臂按照3.1中方案二的模式，只含有俯仰和旋转两个转动情况，给出如下传动方案：

a. 腕部（两个自由度）：

腕部的旋转：电机→减速器→链轮副→锥齿轮副→旋转运动

腕部的俯仰：电机→减速器→链轮副→俯仰运动

b. 肘关节摆动

电机→两级同步带传动→减速器→链轮副→肘关节摆动

c. 肩关节摆动

电机→同步带传动→减速器→链轮副→肩关节摆动

d. 腰扭

电机→减速器→链轮副→锥齿轮副→旋转运动

3.5控制系统相关方案

该服务机器人本体安装独立的计算机，所以不采用PLC控制，直接由计算机控制。软件程序基于ROS平台开发，因为ROS平台的模块功能便于开放和使用。

ROS(Robot Operating System）是一个机器人软件平台，它能为异质计算机集群提供类似操作系统的功能。ROS是斯坦福人工智能实验室为了支持斯坦福智能机器人STAIR而建立的交换庭项目。到2008年，主要由威楼加拉吉继续该项目的研发。

ROS提供一些标准操作系统服务，例如硬件抽象，底层设备控制，常用功能实现，进程间消息以及数据包管理。ROS是基于一种图状架构，从而不同节点的进程能接受，发布，聚合各种信息。

图六：控制系统方案框图