机械臂电机力矩计算

设计 6 轴机械臂时，电机力矩计算是确保机械臂负载能力、运动精度和安全性的核心环节，需围绕静态力矩（承载静态负载） 和动态力矩（克服运动惯性） 两大核心展开，结合机械臂结构参数（如关节长度、质量分布）、负载需求（如末端负载重量、惯性）和运动参数（如加速度、角速度）逐步推导。以下是详细计算方法和步骤：

一、前期准备：明确核心输入参数

在计算力矩前，需先确定机械臂的基础设计参数，这些参数是力矩计算的前提，需通过设计需求或选型确定：

参数类别	具体参数	说明（以 6 轴机械臂为例）
结构参数	各关节臂长 L1​∼L6​（关节 1 到关节 6 的连杆长度）	如关节 1（底座 - 肩部）长L1​=300mm，关节 2（肩部 - 肘部）长L2​=400mm等
	各连杆质量 m1​∼m6​（含关节组件质量，如轴承、减速器）	需通过材料选型（如铝合金、碳纤维）和结构设计估算，如m1​=5kg，m2​=3kg
	各连杆质心位置 lc1​∼lc6​（连杆质心到前一关节的距离）	通常取连杆中点（均匀分布时），如lc1​=L1​/2=150mm，lc2​=L2​/2=200mm
负载参数	末端负载质量 mload​（含夹具、工件）	如设计需求为末端最大负载mload​=2kg
	末端负载惯性矩 Iload​（绕各关节的惯性矩，旋转关节需考虑）	若负载为立方体，绕关节 6 的惯性矩Iload​=mload​(a2+b2)/12（a,b为边长）
运动参数	各关节最大角速度 ωmax1​∼ωmax6​	由运动需求确定，如ωmax1​=1rad/s（底座旋转），ωmax2​=0.8rad/s
	各关节最大角加速度 αmax1​∼αmax6​	通常取角速度的 2~5 倍（避免冲击），如αmax1​=3rad/s2，αmax2​=2rad/s2
安全系数	力矩安全系数 S	考虑摩擦、误差、突发