液压底座采用直线油缸驱动底座动齿圈，带动底座外筒体作旋转运动。外筒体通过法兰与大臂相连接，并带动大臂转动；齿条油缸固定在机座地基上，通过计算确定的标准油缸型号确定安装方式。
外筒体为旋转件，通过轴承支承在内筒体上。内筒体安装于基座地基上。 2、液压系统的设计计算
液压控制系统设计要满足液压底座动作逻辑要求，液压缸及其控制元件的选择要满足底座回转运动动力要求和运动时间要求，具体设计计算参考《液压传动与控制》相关教材。
3、方案结构设计 方案结构说明：
底座的结构形式采用圆筒状结构，分为内、外筒体两部分。
（1）、内筒体为固定支撑件，固定在地基上，并通过轴承支承外筒体；根据上述计算的结果，对内筒体进行结构设计。
（2）、外筒体为旋转件，通过轴承支承在内筒体上；根据上述计算的结果，对外筒体进行结构设计。
（3）、确定内外筒体的支承方式，选择轴承型号；
（4）、外筒体上安装有驱动齿圈，齿圈与外筒体刚性连接；
（5）、外筒体旋转由齿条油缸与齿圈啮合带动外筒体转动。外筒体通过法兰与大臂相连接，并拖动大臂转动；
（6）、齿条油缸固定在机座地基上，通过计算确定油缸的直径及行程、安装方式，选择标准油缸型号。
（二）电机驱动动齿圈方案 1、传动原理
采用带减速器的电机驱动底座动齿圈，带动底座外筒体作旋转运动。外筒体通过法兰与大臂连接，并带动大臂转动；电机固定在机座地基上。外筒体为旋转件，通过轴承支承在内筒体上。内筒体安装于基座地基上。
2、传动计算与电机的选择
根据工作要求计算总传动比，计算公式如式（1-1）：
i总?n0.25?60 （1-1）
i总?i电机?z2z1 （1-2）
式中n为电机转速，r/min；i总为总传动比；i电机为电机自带减速器的传动比，Z2为动齿圈齿数，Z1为电机齿轮齿数。驱动电机可选用普通交流电机、力矩电机、步进电机等。
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3、方案结构设计 方案结构说明：
底座的结构形式采用圆筒状结构，分为内、外筒体两部分。
（1）、内筒体为固定支撑件，固定在地基上，并通过轴承支承外筒体；根据上述计算的结果，对内筒体进行结构设计。
（2）、外筒体为旋转件，通过轴承支承在内筒体上；根据上述计算的结果，对外筒体进行结构设计。
（3）、确定内外筒体的支承方式，选择轴承型号；
（4）、外筒体上安装有驱动齿圈，齿圈与外筒体刚性连接；
（5）、外筒体旋转由电机齿轮与齿圈啮合带动外筒体转动。外筒体通过法兰与大臂连接，并带动大臂转动；
（6）、电机固定在机座地基上，电机的中心高度、输出轴形式等要与外筒齿圈协调。电机运行有惯性，要考虑有效的制动措施，保证定位准确。可采用电气制动或机械制动，无论采用何种制动方式，必须设计有定位挡块，确保定位准确。
（三）电机直接驱动方案
如图1－2所示，步进电机安装在基座内部，电机输出轴经谐波减速器一级减速后直接带动第一轴输出，实现腰部回转运动。
（四）电机驱动外啮合齿轮方案
图1-2 腰部回转方案 图1-3 腰部回转方案
如图1－3所示，电机安装在基座外部，电机输出轴首先经谐波减速器一级减速， 级减速，然后经一对齿轮传动二级减速后，由第一关节输出轴带动整个腰部实现回转 运动。
2、机械系统设计
机器人机械系统设计主要包括确定机器人驱动方式、关节驱动方式、材料选择、零部件设计几个方面。
2.1机器人驱动方式
机器人驱动方式有电动、液压和气动三种。一台机器人可以只用一种驱动方式，也
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可以采用几种方式联合驱动。选择时主要考虑负载、效率、精度和环境等因素。大负载通常选用液压驱动，气动系统应用于负载小且精度要求不高的场合，常用于点位控制、抓取、弹性握持和真空吸附。电动系统适合于中等负载，特别适合动作复杂、运动轨迹严格的工业机器人和各种微型机器人。
2.2关节驱动方式
关节的驱动方式有直接驱动和间接驱动两种方式，直接驱动机器人也叫作DD机器人(Direct drive robot)，简称DDR。DD机器人一般指驱动电机通过机械接口直接与关节连接，其特点是驱动电机和关节之间没有速度和转矩的转换。DD机器人与间接驱动机器人相比，有传动精度高、结构刚度好、可靠性高等优点，但大部分机器人关节采用间接驱动。机器人手臂采用悬臂梁结构，在关节上安装驱动器必定使手臂根部关节驱动器的负荷显著增大，可能导致步进电机的输出力矩大大小于驱动关节所需要的力矩，所以需要选择合适的减速传动装置，将电机轴的转速调整到合适的范围，同时还能获得较大的驱动力矩。
2.3材料的选择
选择机器人本体材料，首先要满足机器人的性能、设计和制作要求。机器人常用材料有以下几种：
1碳素结构钢和合金结构钢：这类材料强度好，特别是合金结构钢强度增大了4～5○
倍，弹性模量E大，抗变形能力强，是应用最广泛的材料。
2铝、铝合金及其他轻合金材料：这类材料的共同特点是重量轻，弹性模量E并不○
大，但是材料密度小，故E／ρ之比仍可与钢材相比。
3纤维增强合金：纤维增强金属材料具有非常高的E／ρ○
比，而且没有无机复合材
料的缺点，但价格昂贵。
4陶瓷：陶瓷材料具有良好的品质，但是脆性大，不易加工成具有长孔的连杆，与○
金属零件连接的接合部需特殊设计。
5纤维增强复合材料：这类材料具有极好的E／ρ○
比，但存在老化、蠕变、高温热
膨胀，以及与金属件连接困难等问题。这类材料不但重量轻、刚度大，而且还具有十分突出的阻尼大的优点。在高速机器人上应用较多。
6粘弹性大阻尼材料：增大机器人连杆件的阻尼是改善机器人动态特性的有效方○
法。目前有许多方法用来增加结构件材料的阻尼，其中最适合机器人采用的一种方法是用粘弹性大阻尼材料，对原构件进行约束层阻尼处理。
选择机器人材料时，要综合考虑材料的抗振性、强度、刚度、重量、弹性、外观、价格以及机器人的整体性能等因素。从设计思想出发，在综合分析机器人的特性和各部
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分作用的基础上，确定所用材料的特性。从材料角度看，材料的可控性、结构性、轻质性和可加工性非常重要。
2.4 手部机构的设计 2.4.1手部机构分类
工业机器人的手部机构是机械手直接与工件、工具等接触的部件，通常需要多个驱动器和传感器，它能执行人手的部分功能。手部机构的动作形式有回转式和移动式（或直进式）两种。其中回转式为基本形式，它结构简单、制造容易、应用广泛。而移动式手部机构结构相对比较复杂、庞大等，应用较少。但移动式手部机构抓取工件时，工件直径的变化对定位精度一般无影响，故宜于工件直径有较大变化时使用。目前，工业生产中存在多种不同的作业环境，被抓取工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状况的不同，单一的手爪形式不能满足生产要求，手部机构的形式也多种多样，大部分的手部机构都需要根据特定要求而专门设计。常见的手部机构形式有夹持和吸附形式。夹持形式包括内撑式和外夹式，二者区别在于夹持工件的部位不同，手爪的动作方向相反。
2.4.2手爪的工作原理
机器人采用二指平动型夹持手爪，它是目前使用最广泛的一种夹持型手爪形式，既可以用手指的内侧面夹持物体的外部，也可以将手指伸入到物体的孔内后，张开手指，用外侧面卡住物体。
平动型夹持手爪在夹紧和松开物体时，手指由平行四杆机构传动，在平动过程中保持姿态不变，当被夹持物体的大小变化时，夹持中心也随之变化，这时须调整手爪的位置才能保持物体的位置不变。
手爪机构设计原理如图1-4所示，电机带动左端丝杠使之向左移动时，其他的杆件运动方向如图所示，此时手爪是处于张开的过程。反之，当电机带动左端丝杠向右移动时，其他杆件的运动方向与下图相反，实现手爪的张开和闭合运动。当电机带动左端丝杠向右移动时，手指闭合。
通过作图法可以确定手指运动后停留的具体位置。图中大写字母表示初始位置，小写字母表示运动后的位置。由于手爪末端的三角形手指可看作是与连杆AE焊接为一体的刚体，当连杆AE的位置确定后，三角形手指的位置也就确定了，所以图中未画出。BD杆可看作机架（实际上是手腕部分，手爪在抓取物体前，大臂、小臂与手腕已经到达指定位置而固定不动固定不动），当F移动至f时,以f为圆心，FC为半径作圆弧，交以b为圆心，BC为半径的圆弧于点c。以c为圆心，CA为半径作圆弧，交以b为圆心，BA为半径的圆弧于点a,从而点e也可以确定。aedbcfh为移动后手爪的姿态。
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