機械臂是指高精度，高速點膠機器手，機械臂是一個多輸入多輸出、高度非線性、強耦合的復雜系統。因其獨特的操作靈活性， 已在工業裝配， 安全防爆等領域得到廣泛應用。

機械臂是一個復雜系統， 存在著參數攝動、外界干擾及未建模動態等不確定性。因而機械臂的建模模型也存在著不確定性，對于不同的任務， 需要規劃機械臂關節空間的運動軌跡，從而級聯構成末端位姿。

機器人系統是由視覺傳感器、機械臂系統及主控計算機組成，其中機械臂系統又包括模塊化機械臂和靈巧手兩部分。整個系統的構建模型如圖1 所示

輕型機械臂模塊關節機械設計方案

電機：直流無刷電機，參數為供電電壓，額定電流，極對數，額定扭矩，額定轉速，電機尺寸；

諧波減速器：諧波減速器是關節動力傳動中的關鍵部件，關節剛輪的大小基本上決定了整個關節的徑向尺寸，要求諧波減速器的尺寸要盡可能小，同時保證較高的旋轉精度；

增量式編碼器：基于電機端的增量式編碼器來控制電機的速度環實現相對簡單，可靠性高。

制動器：為防止意外斷電時機械臂由于重力繼續運動，需要在關節設計時加入制動將轉軸抱死，為能夠快速可靠的制動，制動器的制動力矩要大于電機的最大輸出力矩。

絕對編碼器：絕對式編碼器用于測量關節輸出軸轉過的角度，絕對式編碼器包含單圈絕對式和多圈絕對式。

軸承：軸承對轉軸和輸出軸進行支承，軸承的安裝和旋轉精度將會直接影響關節的傳動效率和轉動精度，關節傳動軸通過一對深溝球軸承進行支承，關節輸出軸采用精度更高的交叉滾子軸承支承，減小整個關節質量并提高傳動精度。

模塊化關節由電機、減速器、傳感器、制動器、控制器和電器接口組成。為縮小關節體積，減小質量，關節采用扭矩大體積小的電機，選用安裝方便質量較輕的諧波減速器作為傳動機構。

速度傳感器（增量編碼器）安裝在轉動軸一端，位置傳感器（絕對編碼器）安裝在輸出軸上，控制關節的速度與位置。核心部件都已標出，關節傳動路線簡單高效，安裝拆卸方便，基本上所有的零件均以殼體作為定位，在關節后端留出足夠的空間用來安裝控制器和制動器。

關節與關節之間通過徑向螺釘孔進行連接。所有需要加工的零件均采用 7075 硬質鋁合金進行加工，根據安裝需要確定各零件的表面粗糙度和形位誤差以及配合公差。在兩類關節設計的過程中為減少特定傳感器定制的成本，通過調節零件的尺寸，減少增量式編碼器和絕對式編碼器的種類。

關節動力來自于轉軸，轉軸套入電機轉子，轉軸一端通過 61806 軸承支承在殼體上，另一端通過 61809 軸承支承在定定子套筒上。轉軸末端連接諧波減速器的波發生器，將動力傳遞至諧波減速器。鋼輪和定子套筒固定在殼體上，定子套筒末端開口設計用于電機信號線的穿過。

動力經過諧波減速器減速增矩后由柔輪進行輸出，柔輪與輸出軸剛性連接通過交叉滾子軸承支承在殼體上，作為整個關節的動力輸出。轉軸大端連接轉接頭安裝增量式編碼器磁環和制動器銜鐵，用于實現電機速度測量和失電制動。為保證諧波減速器的安裝精度，相鄰零件間均采用止口定位。關節采用增量式編碼器測量轉動軸關節速度，采用絕對式編碼器測量輸出軸關節角度。