随着机器人技术的不断发展,为了能更好地与环境进行交互、操纵物体、完成任务,跟上智能化的步伐,机器人的操作终端,如机械臂、手爪的作用越来越重要。这对机械臂的结构设计也提出了更高的指标,要求高的负载自重比,操作更加灵活,强稳定性和安全性等。本项目基于单马达驱动原理,在设计新颖机械臂的结构上进行尝试,实现了对单马达驱动机械臂的结构设计,并对机械臂机构的主要几点问题进行了探讨。本文首先对单马达驱动原理及相关辅助技术进行详细论述,确定了单马达驱动的系统组成方案。基于项目实际的考虑,对单马达驱动机械臂的结构进行综合,进行机械臂自由度的配置及基本尺寸的综合,并给出关节空间及操作空间,在此基础上确定单马达驱动机械臂的结构方案。结合模块化设计思想,对单马达驱动机械臂的关节进行了详细设计,建立三维实体模型,利用Pro/Mechanism模块对机械臂的传动进行分析,验证其传动结构的合理性,从而实现了单马达驱动原理的实践。在初步设计的基础上,对机械臂的运动学进行了研究,分析了机械臂的操作灵活性及奇异形位,最终采取耗能最小原则优化求解出运动学逆解。利用ADAMS软件对机械臂进行动态仿真,分析机械臂运动过程中的受力情况,为机械臂结构的优化提供数据。并对弹簧驱动结构进行仿真分析,验证其对提高传动安全性的作用。利用仿真分析提供的机械臂运动过程中的力矩数据,由有限元分析软件对机械臂关键连接部件进行了模态分析,求出部件的固有频率及固有振型,为机械臂的操作提供参考数据。同时对支撑架连接块及法兰轴等重要部件进行静力分析并进行结构的合理改进,完成对机械臂结构的优化设计,最终加工制造出单马达驱动机械臂。