五自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、 本科生畢業(yè)?設(shè)計(jì) 題 目：五自由度機(jī)?械手結(jié)構(gòu)設(shè)?計(jì) 院 （系）： 機(jī)械工程學(xué)?院 班 級(jí)： 機(jī)電08-3 姓 名： 田國(guó)玉 學(xué) 號(hào)： 5 指導(dǎo)教師： 陳煥林 教師職稱： 講師 - 50 -

2、 摘 要 本課題設(shè)計(jì)?的多功能機(jī)?械手為通用?機(jī)械手，主要由手爪?、手腕、手臂、腰部、機(jī)座等組成?。本機(jī)械手機(jī)?身采用機(jī)座?式，自動(dòng)線圍繞?機(jī)座布置。具有腰部旋?轉(zhuǎn)、大臂仰俯、中臂仰俯、小臂仰俯和?腕部旋轉(zhuǎn)5?個(gè)自由度。本次設(shè)計(jì)的?機(jī)械手能對(duì)?不同物體完?成多種動(dòng)作?。工業(yè)機(jī)械手?可以代替人?手的繁重勞?動(dòng)，顯著減輕工?人的勞動(dòng)強(qiáng)?度，提高勞動(dòng)生?產(chǎn)率和自動(dòng)?化水平。工業(yè)生產(chǎn)中?經(jīng)常出現(xiàn)的?笨重工件的?搬運(yùn)和長(zhǎng)期?頻繁，單調(diào)的操作?。如果沒有機(jī)?械手,那么工人的?勞動(dòng)

3、強(qiáng)度是?很高的，有時(shí)候還要?用行車員工?件，生產(chǎn)速度大?大延緩，這種情況采?用機(jī)械手是?很有效的。此外，它能在高溫?、低溫、深水、宇宙、反射性和其?他有毒、有污染環(huán)境?條件上進(jìn)行?操作。更顯其優(yōu)越?性，有著廣闊的?發(fā)展前途。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手；關(guān)節(jié)型；五自由度 Abstr?act The desig?n of multi?funct?ional? mecha?nical? hand for unive?rsal mecha?nical? hand, mainl?y by the gripp?er, wrist?, arm, fusel?age, and

4、base compo?sitio?n, with feedi?ng, rever?sal and trans?posit?ion of a varie?ty of funct?ions, and accor?ding to the autom?atic line with the unifi?ed produ?ction? cycle? time and produ?ction? progr?am compl?eted more actio?n. The mobil?e phone? body adopt?s the base type, autom?atic line aroun?d the

5、 base layou?t. With the rotat?ion of the waist?, arm pitch?ing, pitch?ing arm, wrist? rotat?ion and flexi?on-exten?sion and 5 degre?es of freed?om. Indus?trial? robot?s can repla?ce the hands? of heavy? labor?, signi?fican?tly reduc?e labor? inten?sity, and impro?ve labor? produ?ctivi?ty and autom?a

6、tion? level?. Indus?trial? produ?ction? often? appea?rs in the heavy? work frequ?ently?, handl?ing and long-term opera?tion, if not drab robot?s that labor? inten?sity is high, somet?imes even with emplo?yees, drivi?ng speed? great?ly retar?d, this kind of circu?mstan?ce using? manip?ulato?r is very

7、 effec?tive. In addit?ion, it can be in high tempe?ratur?e, low tempe?ratur?e, water?, the unive?rse, refle?ctive? and other? toxic?, envir?onmen?tal pollu?tion condi?tion on the opera?tion. More show its super?iorit?y, has broad? prosp?ects. Keywo?rds: mecha?nical? hand； Five degre?es of freed?om

8、 ；Joint? type 目 錄 摘 要 I Abstr?act II 目 錄 III CONTE?NTS V 第1章 緒論 - 1 - 1.1 概述 - 3 - 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?及研究現(xiàn)狀? - 5 - 1.2.1 國(guó)內(nèi)外機(jī)械?手技術(shù)的發(fā)?展 - 5 - 1.2.2 國(guó)內(nèi)外機(jī)械?手的應(yīng)用狀?況 - 7 - 1.3 本文主要內(nèi)?容 - 8 - 第2章 關(guān)節(jié)型機(jī)械?手總體設(shè)計(jì)? - 9 - 2.1 基本技術(shù)參?數(shù) - 9 - 2.1.1 額定負(fù)載 - 9 - 2.1.2 工作范圍 - 10 - 2.2

9、 機(jī)械結(jié)構(gòu)類?型的選擇 - 10 - 2.2.1 操作機(jī)的驅(qū)?動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)? - 12 - 2.2.2 確定關(guān)節(jié)型?機(jī)械手手臂?的配置形式? - 13 - 2.3 關(guān)節(jié)型機(jī)械?手本體結(jié)構(gòu)?設(shè)計(jì) - 14 - 2.3.1 機(jī)械手本體?結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)?設(shè)計(jì) - 14 - 2.3.2 所設(shè)計(jì)機(jī)械?手本體結(jié)構(gòu)?的特點(diǎn) - 15 - 2.4 本章主要內(nèi)?容 - 16 - 第3章 關(guān)節(jié)型機(jī)械?手腰部結(jié)構(gòu)?設(shè)計(jì) - 17 - 3.1 電動(dòng)機(jī)的選?擇 - 17 - 3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)?計(jì) - 19 - 3.3 主要零部件?設(shè)計(jì)計(jì)算 - 20 - 3.3.1 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)?

10、速、轉(zhuǎn)矩和輸出?功率 - 20 - 3.3.2 確定軸的具?體尺寸 - 20 - 3.3.3 Ⅱ軸齒輪傳動(dòng)?軸校核 - 21 - 3.4 齒輪的設(shè)計(jì)? - 25 - 3.4.1 選擇材料 - 25 - 3.4.2 壓力角的選?擇 - 25 - 3.4.3 齒數(shù)和模數(shù)?的選擇 - 25 - 3.4.4 齒寬系數(shù) - 26 - 3.4.5 大齒輪的校?核 - 26 - 3.5 軸承的設(shè)計(jì)?與選用 - 29 - 3.5.1 軸承選擇的?原則 - 29 - 3.5.2 軸承的選用?與配合 - 30 - 3.5.3 軸承的校核? - 31 - 3.6

11、本章主要內(nèi)?容 - 33 - 第4章 機(jī)械手大臂?、中臂與小臂?的設(shè)計(jì) - 34 - 4.1 大臂的設(shè)計(jì)? - 34 - 4.2 中臂的設(shè)計(jì)? - 35 - 4.3 小臂的設(shè)計(jì)? - 37 - 4.4 腕部的設(shè)計(jì)? - 38 - 4.5 減速機(jī)和諧?波減速器的?選擇 - 40 - 4.6 本章主要內(nèi)?容 - 40 - 第5章 同步帶的選?擇 - 41 - 5.1 同步帶的選?擇及計(jì)算 - 41 - 5.1.1 確定計(jì)算功?率 - 41 - 5.1.2 選擇同步帶?帶型 - 41 - 5.1.3 帶輪材料的?選擇 - 43 - 5.2 本章主要

12、內(nèi)?容 - 43 - 第6章 夾持式手部?結(jié)構(gòu) - 44 - 結(jié) 論 - 46 - 致 謝 - 47 - 參考文獻(xiàn) - 48 - 附 錄 - 50 - CONTE?NTS Take to …………………………………………………………………………….I Abstr?act ……………………………………………………………………… ..III The first? chapt?er Intro?ducti?on …………………………………………… - 1 - 1.1 overv?iew………………………………………………………………….- 3 - 1.2 dom

13、es?tic and forei?gn resea?rch and devel?opmen?t……………………..- 5 - 1.2.1 Manip?ulato?r techn?ology? devel?opmen?t at home and abroa?d………..- 5 - 1.2.2 Manip?ulato?r appli?catio?n statu?s at home and abroa?d ………………- 7 - 1.3 The main conte?nt of this artic?le……………………………………….. - 8 - Chapt?er secon?d joi

14、nt? manip?ulato?r Overa?ll desig?n ………………………..- 9 - 2.1 basic? techn?ical param?eters?……………………………………………….- 9 - 2.1.1 Rated? load……………………………………………………………….- 9 - 2.1.2 Scope? of work………………………………………………………… .- 10 - 2.2 mecha?nical? struc?ture type selec?tion…………………………………....- 10 - 2.2.1 Opera?ting m

15、achi?ne drivi?ng syste?m desig?n…………………………..- 12 - 2.2.2 Deter?minin?g joint? manip?ulato?r arm confi?gurat?ion ………………..- 13 - 2.3 joint? type robot? struc?ture desig?n…………………………………….. - 14 - 2.3.1 Mecha?nical? hand main body struc?ture of the trans?missi?on desig?n. - 14 - 2.3.2 Mecha?nical? h

16、and main body struc?ture chara?cteri?stics? ……………- 15 - 2.4 the main conte?nt of this chapt?er……………………………………- 16 - The third? chapt?er joint?-manip?ulato?r waist? struc?ture desig?n ………..- 17 - 3.1 motor? selec?tion …………………………………………………………- 17 - 3.2 trans?missi?on syste?m desig?n…………………………………

17、…………- 19 - 3.3 desig?n of the main parts?………………………………………………..- 20 - 3.3.1 Calcu?latio?n of the shaft? speed?, torqu?e and power? input? ………….- 20 - 3.3.2 Deter?minat?ion of shaft? concr?ete size…………………………………- 20 - 3.3.3 II shaft? drivi?ng gear shaft?……………………………………………- 21 - 3.4 gear desig?n …………

18、……………………………………………………- 25 - 3.4.1 Mater?ial selec?tion……………………………………………………...- 25 - 3.4.2 Press?ure angle? selec?tion………………………………………………- 25 - 3.4.3 Tooth? numbe?r and modul?us selec?tion ………………………………- 25 - 3.4.4 Tooth? width? coeff?icien?t... ……………………………………………. - 26 - 3.4.5 big gear check? ……………

19、……………………………………………- 26 - 3.5 beari?ng desig?n and selec?tion…………………………………………. .- 29 - 3.5.1 Beari?ng selec?tion princ?iple……………………………………………- 29 - 3.5.2 Beari?ng selec?tion and coope?ratio?n …………………………………- 30 - 3.5.3 Beari?ng check?…………………………………………………………- 31- 3.6 The main conte?nt of this chapt?e

20、r………………………………………- 33 - The fourt?h chapt?er mecha?nical? arm in arm, hand and arm desig?n….- 34 - 4.1 arm desig?n ………………………………………………………………- 34 - 4.2 arm desig?n ………………………………………………………………- 35 - 4.3 small? arm desig?n…………………………………………………………- 37 - 4.4 wrist? desig?n ………………………………………………………...……- 38

21、- 4.5 speed? reduc?er harmo?nic reduc?er selec?tion………………………….…- 40 - The fifth? chapt?er of the synch?ronou?s belt selec?tion ………………..…- 41 - 5.1 synch?ronou?s belt selec?tion and calcu?latio?n……………………………- 41 - 5.1.1 Deter?mine the calcu?latio?n of power? Selec?t…………………………. - 41 - 5.1.2 Sync

22、h?ronou?s belt type…………………………………………………- 41 - 5.1.3 Pulle?y mater?ial selec?tion …………………………………………..…- 43 - 5.2 The main conte?nt of this chapt?er ………………………………………- 43 - The sixth? chapt?er clamp?ing type struc?ture of hand …………………..- 44 - Concl?usion? ………………………………………………………………...…- 46 - Thank?.

23、……………………………………………………………………….- 47 - Refer?ence …………………………………………………………………….- 48 - Appen?dix …………………………………………………………………….- 50 - 第1章 緒論 隨著我國(guó)工?業(yè)生產(chǎn)的飛?躍發(fā)展，自動(dòng)化程度?的迅速提高?，實(shí)現(xiàn)工件的?裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送等越來?越需要高科?技來完成。工具進(jìn)行加?工、裝配等作業(yè)?的自動(dòng)化，已愈來愈引?起人們的重?視。 工業(yè)機(jī)械手?由操作機(jī)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系?統(tǒng)和檢測(cè)裝?置構(gòu)成，是一種仿人?操作、自動(dòng)控制、

24、可重復(fù)編程?、能在三維空?間完成各種?作業(yè)的機(jī)電?一體化生產(chǎn)?設(shè)備。特別適合于?多品種、變批量的柔?性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)?量、提高生產(chǎn)效?率，改善勞動(dòng)條?件和產(chǎn)品的?快速更新?lián)Q?代起著十分?重要的作用?。 機(jī)械手并不?是在簡(jiǎn)單意?義上代替人?工的勞動(dòng)，而是綜合了?人的特長(zhǎng)和?機(jī)械手特長(zhǎng)?的一種擬人?的電子機(jī)械?設(shè)備，既有人對(duì)環(huán)?境狀態(tài)的快?速反應(yīng)和分?析判斷能力?，又有機(jī)器可?長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)?工作、精度高，抗惡劣環(huán)境?的能力，從某種意義?上說它也是?機(jī)器的進(jìn)化?過程產(chǎn)物，它是先進(jìn)制?造技術(shù)領(lǐng)域?不可或缺的?自動(dòng)化設(shè)備?。 工業(yè)機(jī)械手?是近代自動(dòng)?控制領(lǐng)域中?出現(xiàn)的一項(xiàng)?新技術(shù)，并已成為

25、現(xiàn)?代機(jī)械制造?生產(chǎn)系統(tǒng)中?的一個(gè)重要?組成部分，這種新技術(shù)?發(fā)展很快，逐漸成為一?門新興的學(xué)?科——機(jī)械手工程?。機(jī)械手涉及?到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技?術(shù)、自動(dòng)控制技?術(shù)、傳感器技術(shù)?和計(jì)算機(jī)技?術(shù)等科學(xué)領(lǐng)?域，是一門跨學(xué)?科綜合技術(shù)?。 機(jī)械手，就其本質(zhì)上?來說，屬于工業(yè)機(jī)?器人的范疇?，機(jī)器人學(xué)是?近幾十年來?迅速發(fā)展起?來的一門綜?合學(xué)科。它集中了機(jī)?械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)?、自動(dòng)控制以?及人工智能?等多種學(xué)科?的最新研究?成果，體現(xiàn)了光機(jī)?電一體化技?術(shù)的最新成?就，是當(dāng)代科學(xué)?技術(shù)發(fā)展最?活躍的領(lǐng)域?之一，也是我國(guó)科?技界跟蹤國(guó)?際高技術(shù)發(fā)?展的重要課?題。 “機(jī)械手”

26、（Mecha?nical? Hand）：多數(shù)指附屬?于主機(jī)、程序固定的?自動(dòng)抓取、操作裝置（國(guó)內(nèi)一般稱?作機(jī)械手或?專用機(jī)械手?）。如自動(dòng)線、自動(dòng)機(jī)的上?下料，加工中心的?自動(dòng)換到的?自動(dòng)化裝置?。 本世紀(jì)20?年代,在自動(dòng)化和?自動(dòng)線上出?現(xiàn)了可以代?替人力傳遞?和裝卸工件?的機(jī)械手,隨后在某些?危險(xiǎn)作業(yè)領(lǐng)?域出現(xiàn)了由?操作人員直?接控制或遙?控的操作機(jī)?。工業(yè)機(jī)械手?是近30年?來在自動(dòng)操?作基礎(chǔ)上發(fā)?展起來的一?種能模仿人?的某些動(dòng)作?和控制功能?，并按照可變?的預(yù)定程序?和軌跡，操縱工具實(shí)?現(xiàn)多種操作?的自動(dòng)化機(jī)?械系統(tǒng)。它綜合了經(jīng)?了精密機(jī)械?、控制傳感和?自動(dòng)控制技?術(shù)等領(lǐng)域的?

27、最新成果。 幾千年前人?類就渴望制?造一種像人?一樣的機(jī)器?，以便將人類?從繁重的勞?動(dòng)中解脫出?來。到了近代，機(jī)械手一詞?的出現(xiàn)和世?界上第一臺(tái)?工業(yè)機(jī)器人?問世之后，不同功能的?機(jī)器人也相?繼出現(xiàn)并且?活躍在不同?的領(lǐng)域，從天上到地?下，機(jī)器人的種?類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料?未及的。 目前，對(duì)全球機(jī)器?人技術(shù)發(fā)展?最有影響的?國(guó)家應(yīng)該是?美國(guó)和日本?。美國(guó)在機(jī)器?人技術(shù)的綜?合研究水平?上仍處于領(lǐng)?先地位，而日本生產(chǎn)?的機(jī)器人在?數(shù)量、種類方面則?居世界首位?。機(jī)器人技術(shù)?的發(fā)展推動(dòng)?了機(jī)器人學(xué)?的建立，許多國(guó)家成?立了機(jī)器人?協(xié)會(huì)，美國(guó) 、日本、英國(guó)、瑞典等國(guó)家?設(shè)立

28、了機(jī)器?人學(xué)學(xué)位。 在機(jī)械制造?業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手?應(yīng)用較多，發(fā)展較較快?。目前主要應(yīng)?用于機(jī)床。模鍛壓力機(jī)?的上下料以?及點(diǎn)焊，噴漆等作業(yè)?，它可按照事?先編制好的?程序完成規(guī)?定的作業(yè)。有些還具備?有傳感反饋?能力，能應(yīng)付外界?的變化。 1.1 概述 本課題是設(shè)?計(jì)一款搬運(yùn)?機(jī)械零件的?機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手?是工業(yè)生產(chǎn)?的必然產(chǎn)物?，它是一種模?仿人體上肢?的部分功能?，按照預(yù)定要?求輸送工件?或握持工具?操作的自動(dòng)?化技術(shù)設(shè)備?，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)?生產(chǎn)自動(dòng)化?，推動(dòng)工業(yè)生?產(chǎn)的進(jìn)一步?發(fā)展起著重?要作用。因而具有強(qiáng)?大的生命力?受到人們的?廣泛重視和?歡迎。實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手?代替人手的

29、?繁重勞動(dòng)，顯著減輕工?人的勞動(dòng)強(qiáng)?度，改善勞動(dòng)條?件，提高勞動(dòng)生?產(chǎn)率和自動(dòng)?化水平。工業(yè)生產(chǎn)中?經(jīng)常出現(xiàn)的?笨重工件的?搬運(yùn)和長(zhǎng)期?頻繁、單調(diào)的操作?，采用機(jī)械手?是有效的。此外，他能在高溫?、低溫、深水、宇宙、放射性和其?他有毒、污染環(huán)境條?件下進(jìn)行操?作，更能顯示其?優(yōu)越性，有著廣闊的?發(fā)展前途。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是?學(xué)生完成本?專業(yè)教學(xué)計(jì)?劃的最后一?個(gè)極為重要?的實(shí)踐性教?學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜?合運(yùn)用所學(xué)?過的基本理?論、基本知識(shí)與?基本技能去?解決專業(yè)范?圍內(nèi)的工程?技術(shù)問題而?進(jìn)行的一次?基本訓(xùn)練，這對(duì)學(xué)生即?將從事的相?關(guān)技術(shù)工作?和未來事業(yè)?的開拓都具?有一定意義?。 隨著現(xiàn)代科

30、?技的迅速發(fā)?展，機(jī)械手技術(shù)?已廣泛應(yīng)用?于人類社會(huì)?的各個(gè)領(lǐng)域?。在制造業(yè)中?誕生的工業(yè)?機(jī)器人是繼?動(dòng)力機(jī)、計(jì)算機(jī)之后?而出現(xiàn)的全?國(guó)延伸人的?體力和智力?的新一代生?產(chǎn)工具。應(yīng)用工業(yè)機(jī)?器人技術(shù)是?提高生產(chǎn)過?程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條?件，提高產(chǎn)品質(zhì)?量和生產(chǎn)效?率的有效手?段之一，也是新技術(shù)?革命的一個(gè)?重要內(nèi)容。機(jī)械手的應(yīng)?用是一個(gè)國(guó)?家工業(yè)自動(dòng)?化水平的重?要標(biāo)志。 工業(yè)技術(shù)的?發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化?技術(shù)的提高?，工人工作環(huán)?境和工作內(nèi)?容同樣也要?求理想化、簡(jiǎn)單化。對(duì)于一些往?復(fù)的工作由?機(jī)械手遠(yuǎn)程?控制或自動(dòng)?完成顯得非?常重要，這樣可以避?免一些人不?能接觸物質(zhì)?對(duì)人體造成?傷害，

31、如冶金、化工、醫(yī)院、航天航空等?。目前的先進(jìn)?機(jī)械手其自?動(dòng)化和人性?化令人嘆為?觀止，它是融合各?種尖端技術(shù)?的現(xiàn)代機(jī)器??，F(xiàn)代工業(yè)的?發(fā)展趨勢(shì)對(duì)?機(jī)械手技術(shù)?的要求越來?越高，工作強(qiáng)度高?，靈活性強(qiáng)，準(zhǔn)確可靠，自動(dòng)檢測(cè)和?下達(dá)動(dòng)作命?令，融入先進(jìn)的?人工智能等?等，已經(jīng)成為機(jī)?械手的發(fā)展?趨勢(shì)。機(jī)械手的研?發(fā)在以現(xiàn)代?化和人性化?為基礎(chǔ)的社?會(huì)對(duì)生產(chǎn)，服務(wù)，醫(yī)療，國(guó)防等領(lǐng)域?的進(jìn)步和發(fā)?展具有十分?重要的作用?。 歸納起來采?用機(jī)械手有?以下主要意?義： (1) 可以改善勞?動(dòng)條件，避免人身事?故。 在高溫、高壓、低溫、低壓、噪聲、臭味、有放射性物?質(zhì)的環(huán)境場(chǎng)?合，用人手直接?操作是

32、很危?險(xiǎn)的甚至是?不可能的。而應(yīng)用機(jī)械?手即可部分?或者全部代?替人完成作?業(yè)，使勞動(dòng)條件?得以改善。 (2) 穩(wěn)定和提高?產(chǎn)品質(zhì)量，保證其均一?性。 機(jī)械手工作?室，運(yùn)動(dòng)位置的?參數(shù)都是有?固定程序設(shè)?計(jì)的，手爪所能到?達(dá)的每個(gè)位?置都是恒定?的，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)?定。 (3) 生產(chǎn)產(chǎn)品周?期明確。 運(yùn)用機(jī)械手?可以實(shí)現(xiàn)連?續(xù)的生產(chǎn)，而大大提高?在生產(chǎn)線的?工作的時(shí)間?，從而能大幅?提高勞動(dòng)的?生產(chǎn)率。機(jī)械手的生?產(chǎn)節(jié)拍是固?定的，容易控制產(chǎn)?品質(zhì)量，因此安排生?產(chǎn)計(jì)劃非常?明確 (4) 可以減少人?力，并便于有節(jié)?奏的生產(chǎn)。 應(yīng)用機(jī)械手?代替人手進(jìn)?行作業(yè)，這是直接減?少人力的一?個(gè)

33、側(cè)面，同時(shí)應(yīng)用機(jī)?械手可以連?續(xù)的工作，這是減少人?力的另一方?面。因此，在自動(dòng)化機(jī)?床和綜合加?工自動(dòng)線上?，目前幾乎都?設(shè)有機(jī)械手?，以減少人力?和更準(zhǔn)確的?控制生產(chǎn)的?節(jié)拍，便于有節(jié)奏?的生產(chǎn)。 (5) 可以提高生?產(chǎn)過程的自?動(dòng)化程度。 應(yīng)用機(jī)械手?有利于在自?動(dòng)生產(chǎn)線中?實(shí)現(xiàn)材料的?傳送、工件的裝卸?、刀具的更換?、以及機(jī)器的?裝配等的自?動(dòng)化程度，從而提高勞?動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成?本 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?及研究現(xiàn)狀? 1.2.1 國(guó)內(nèi)外機(jī)械?手技術(shù)的發(fā)?展 1. 國(guó)內(nèi)外研究?現(xiàn)狀和水平?： 機(jī)械手經(jīng)過?幾十年的發(fā)?展，如今已進(jìn)入?了以通用機(jī)?械手為標(biāo)志?

34、的時(shí)代。通用機(jī)械手?可以應(yīng)用于?更加多的場(chǎng)?合，從而節(jié)約了?不少的開發(fā)?以及設(shè)計(jì)的?成本。由于通用機(jī)?械手的發(fā)展?，進(jìn)而促進(jìn)了?智能機(jī)器人?的研制。通用機(jī)械手?涉及的內(nèi)容?，不僅包括一?般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)?知識(shí)，而且還應(yīng)用?了一些電子?技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無線電控制?、仿生學(xué)等，因此它是一?項(xiàng)綜合性較?強(qiáng)的技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外?對(duì)發(fā)展這一?技術(shù)都很重?視。幾十年來，這項(xiàng)技術(shù)的?研究和發(fā)展?一直比較活?躍，設(shè)計(jì)在不斷?的修改，品種在不斷?的增加，應(yīng)用領(lǐng)域在?不斷的擴(kuò)大?。雖然在這方?面相對(duì)于發(fā)?達(dá)國(guó)家還有?點(diǎn)落后，但是國(guó)內(nèi)現(xiàn)?在也越來越?感覺到機(jī)械?手的重要性?，國(guó)家大力支?

35、持相關(guān)的設(shè)?計(jì)及產(chǎn)品的?開發(fā)。在機(jī)器人的?發(fā)展以及機(jī)?械手的設(shè)計(jì)?上也取得了?一定的成果?，國(guó)內(nèi)每年都?將舉行機(jī)器?人大賽，以增加研發(fā)?單位的交流?與合作。 2. 目前國(guó)內(nèi)外?的發(fā)展趨勢(shì)?是： (1) 研制有更多?自由度的機(jī)?械手，這樣機(jī)械手?就可以變得?更加的靈活?，從而完成更?加多的動(dòng)作?。 (2) 研制帶有行?走機(jī)構(gòu)的機(jī)?械手，這種機(jī)械手?可以從一個(gè)?工作地點(diǎn)移?動(dòng)到另一個(gè)?工作地點(diǎn)。 (3) 研制維修維?護(hù)方便的通?用機(jī)械手。 (4) 研制能自動(dòng)?編制和自動(dòng)?改變程序的?通用機(jī)械手?。 (5) 研制具有一?定感觸和一?定智力的智?能機(jī)械手。這種機(jī)械手?具有各種傳?感裝置，

36、并配有計(jì)算?機(jī)。根據(jù)仿生學(xué)?的理論，用計(jì)算機(jī)充?當(dāng)其大腦，使它進(jìn)行思?考和記憶。用聽筒和聲?敏元件作為?耳朵能聽，用揚(yáng)聲器作?為嘴能說話?進(jìn)行應(yīng)答，用熱電偶和?電阻應(yīng)變儀?作為觸覺和?感觸。用滾輪或者?雙足式機(jī)構(gòu)?腳來實(shí)現(xiàn)自?動(dòng)移位。這樣的智能?機(jī)械手可以?由人的特殊?語言對(duì)其下?達(dá)命令，布置任務(wù)，使自動(dòng)化生?產(chǎn)線成為智?能化生產(chǎn)線?。 (6) 機(jī)械手的外?觀達(dá)到美觀?的要求，盡量用最簡(jiǎn)?單的結(jié)構(gòu)和?設(shè)備能完成?更加多的動(dòng)?作。 (7)研制具有柔?性系統(tǒng)的通?用機(jī)械手。 1.2.2 國(guó)內(nèi)外機(jī)械?手的應(yīng)用狀?況 目前，在國(guó)外廣泛?應(yīng)用的再現(xiàn)?式通用機(jī)械?手，雖然一般也?都有記憶

37、裝?置，但其程序都?是預(yù)先編好?的，或由人在工?作之前領(lǐng)動(dòng)?一次，而后機(jī)械手?可以按工作?內(nèi)容正確進(jìn)?行再現(xiàn)動(dòng)作?。如果把這種?再現(xiàn)式通用?機(jī)械手稱為?第二代機(jī)械?手的話，那么現(xiàn)在處?于研制階段?的智能機(jī)械?手就是第三?代了?，F(xiàn)在研究的?機(jī)械手正在?朝著一種可?以存儲(chǔ)大量?的程序的并?且可以改變?并重新寫入?程序的方向?發(fā)展，而且機(jī)械手?具有比原來?的更多的自?由度?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)具?有越來越強(qiáng)?的自主研發(fā)?的單位，我相信在不?久的將來，我國(guó)一定能?夠趕上并將?且超越發(fā)達(dá)?國(guó)家在機(jī)械?手乃至整個(gè)?機(jī)械方面處?于領(lǐng)先地位?。 機(jī)械手是工?業(yè)自動(dòng)控制?領(lǐng)域中經(jīng)常?遇到的一種?控制對(duì)象。機(jī)械手可以?完成

38、許多工?作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣?泛。由于通用機(jī)?械手能很快?的改變工作?程序，適應(yīng)性較強(qiáng)?，所以它在不?斷變換生產(chǎn)?品種的中小?批量生產(chǎn)中?獲得廣泛的?引用。 可在機(jī)械工?業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)?很大程度上?不是連續(xù)的?。據(jù)資料介紹?，美國(guó)生產(chǎn)的?全部工業(yè)零?件中，有75%是小批量生?產(chǎn)；金屬加工生?產(chǎn)批量中有?四分之三在?50件以下?，零件真正在?機(jī)床上加工?的時(shí)間僅占?零件生產(chǎn)時(shí)?間的5%。從這里可以?看出，裝卸、搬運(yùn)等工序?機(jī)械化的迫?切性，工業(yè)機(jī)械手?就是為實(shí)現(xiàn)?這些工序的?自動(dòng)化而產(chǎn)?生的。目前在我國(guó)?機(jī)械手常用?于完成的工?作有：注塑工業(yè)中?從模具中快?速抓

39、取制品?并將制品傳?誦到下一個(gè)?生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工?行業(yè)中用于?取料、送料；澆鑄行業(yè)中?用于提取高?溫熔液等等?。 1.3 本文主要內(nèi)?容 本課題《五自由度機(jī)?械手結(jié)構(gòu)設(shè)?計(jì)》來源于生產(chǎn)?實(shí)踐中。由于現(xiàn)代工?業(yè)生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)?品的質(zhì)量和?生產(chǎn)速度等?提出越來越?高的要求，一般工人已?難以勝任快?節(jié)奏的生產(chǎn)?工作，而且勞動(dòng)強(qiáng)?度的增加和?環(huán)境的惡劣?極易對(duì)人體?造成傷害。因而此課題?的提出就有?十分重要的?作用和意義?。課題要求設(shè)?計(jì)的機(jī)械手?具有五個(gè)自?由度：（1）腰部關(guān)節(jié)旋?轉(zhuǎn)；（2）大臂關(guān)節(jié)仰?俯；（3）中臂關(guān)節(jié)仰?俯；（4）小臂關(guān)節(jié)仰?俯(5)腕部關(guān)節(jié)旋?轉(zhuǎn)。 此次設(shè)計(jì)主?要研究設(shè)計(jì)

40、?關(guān)節(jié)型五自?由度機(jī)械手?的機(jī)械本體?部分，即由腰部、大臂、小臂和腕部?組成的五個(gè)?關(guān)節(jié)的機(jī)械?本體部分的?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程?中主要參照?國(guó)內(nèi)外已成?功研制的機(jī)?械手本體部?分的設(shè)計(jì)，依照機(jī)械手?的設(shè)計(jì)要求?和準(zhǔn)則，在此基礎(chǔ)上?進(jìn)行改進(jìn)和?優(yōu)化，使其結(jié)構(gòu)設(shè)?計(jì)合理、簡(jiǎn)單、緊湊，動(dòng)作靈活，能夠應(yīng)用于?自動(dòng)生產(chǎn)控?制作業(yè)及搬?運(yùn)與裝配作?業(yè)。 其主要目的?： 一、 培養(yǎng)學(xué)生綜?合分析和解?決本專業(yè)的?一般工程技?術(shù)問題的獨(dú)?立工作能力?，拓寬和深化?學(xué)生的知識(shí)?。 二、 培養(yǎng)學(xué)生樹?立正確的設(shè)?計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和?創(chuàng)造思維，掌握工程設(shè)?計(jì)一般程序?規(guī)范和方法?。 三、 培養(yǎng)學(xué)生樹?立正

41、確的設(shè)?計(jì)思想和時(shí)?用技術(shù)資料?、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等?手冊(cè)、圖冊(cè)工具書?進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)?算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文?件等方面的?工作能力。 四、 培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)?行調(diào)查研究?，面向生產(chǎn)，向工人和技?術(shù)人員學(xué)習(xí)?的基本態(tài)度?，工作作風(fēng)和?工作方法。 第2章 關(guān)節(jié)型機(jī)械?手總體設(shè)計(jì)? 隨著現(xiàn)代科?學(xué)技術(shù)的發(fā)?展，機(jī)械手的應(yīng)?用也越來越?廣泛。在機(jī)械工業(yè)?中，大量應(yīng)用于?鑄、鍛、焊、沖、熱處理、機(jī)械加工以?及裝配等工?種。在其他部門?，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等?工種中也均?有應(yīng)用?，F(xiàn)代工業(yè)的?發(fā)展趨勢(shì)對(duì)?機(jī)械手技術(shù)?的要求越來?越高，工作強(qiáng)度高?，靈活性強(qiáng)，準(zhǔn)確可靠，自動(dòng)檢測(cè)和?下達(dá)動(dòng)作命?令，融入

42、先進(jìn)的?人工智能等?等。機(jī)械手的研?發(fā)在以現(xiàn)代?化和人性化?為基礎(chǔ)的社?會(huì)對(duì)生產(chǎn)，服務(wù)，醫(yī)療，國(guó)防等領(lǐng)域?的進(jìn)步和發(fā)?展具有十分?重要的作用?。應(yīng)用機(jī)械手?技術(shù)是提高?生產(chǎn)自動(dòng)化?，改善勞動(dòng)條?件，提高產(chǎn)品質(zhì)?量和生產(chǎn)效?率的有效手?段之一，也是新技術(shù)?革命的一個(gè)?重要內(nèi)容。機(jī)械手的應(yīng)?用是一個(gè)國(guó)?家工業(yè)自動(dòng)?化水平的重?要標(biāo)志。 2.1 基本技術(shù)參?數(shù) 2.1.1 額定負(fù)載 目前，國(guó)內(nèi)外使用?的機(jī)械手中?，其負(fù)載能力?的范圍很大?，最小的額定?負(fù)載在5N?以下，最大可達(dá)9?000N。負(fù)載大小的?確定主要是?考慮沿機(jī)械?手各運(yùn)動(dòng)方?向作用于機(jī)?械接口處的?力和扭矩。其中應(yīng)包括?機(jī)械手

43、末端?執(zhí)行器的重?量、抓取工件或?作業(yè)對(duì)象的?重量和在規(guī)?定速度和加?速度條件下?，產(chǎn)生的慣性?力矩。本課題的任?務(wù)要求是保?證手腕部能?承受的最大?載荷是1.5kg。 2.1.2 工作范圍 工業(yè)機(jī)械手?的工作范圍?是根據(jù)工作?機(jī)械手作業(yè)?過程中的操?作范圍和運(yùn)?動(dòng)的軌跡來?確定的,用工作空間?來表示的.工作空間的?形狀和尺寸?則影響機(jī)械?手的機(jī)械結(jié)?構(gòu)坐標(biāo)形式?、自由度數(shù)和?操作機(jī)各手?臂關(guān)節(jié)軸線?間的長(zhǎng)度和?關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)角?的大小及變?動(dòng)范圍的選?擇。 2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)類?型的選擇 為實(shí)現(xiàn)總體?機(jī)構(gòu)在空間?的位置提供?5個(gè)自由度?，可以有不同?的運(yùn)動(dòng)組合?，根據(jù)本課題?可以將其設(shè)?

44、計(jì)成以下五?種方案： a. 圓柱坐標(biāo)型? 這種運(yùn)動(dòng)形?式是通過一?個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，四個(gè)移動(dòng)，共五個(gè)自由?度組成的運(yùn)?動(dòng)系統(tǒng)，工作空間圖?形為圓柱型?。它與直角坐?標(biāo)型相比較?，在相同的空?間條件下，機(jī)體所占體?積小，而運(yùn)動(dòng)范圍?大。 b. 直角坐標(biāo)型? 直角坐標(biāo)型?工業(yè)機(jī)械手?，其運(yùn)動(dòng)部分?由五個(gè)互相?垂直的直線?移動(dòng)組成，其工作空間?圖形為長(zhǎng)方?體。它在各個(gè)軸?向的移動(dòng)距?離，可在各坐標(biāo)?軸上直接讀?出，直觀性強(qiáng)，易于位置和?姿態(tài)的編程?計(jì)算，定位精度高?、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但機(jī)體所占?空間大、靈活性較差?。 c. 球坐標(biāo)型 又稱極坐標(biāo)?型，它由兩個(gè)轉(zhuǎn)?動(dòng)和三個(gè)直?接移動(dòng)所組?成，即一個(gè)回轉(zhuǎn)?，

45、一個(gè)仰俯和?三個(gè)伸縮運(yùn)?動(dòng)組成，其工作空間?圖形為一個(gè)?球形,它可以上下?仰俯運(yùn)動(dòng),并能夠抓取?地面上或較?低位置的工?件,具有結(jié)構(gòu)緊?湊、工作 空間范圍大?的特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜?。 d. 關(guān)節(jié)型 關(guān)節(jié)型又稱?回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型?，這種機(jī)械手?是手臂與人?體的上肢類?似,其前三個(gè)關(guān)?節(jié)都是回轉(zhuǎn)?關(guān)節(jié),這種機(jī)械手?一般由立柱?個(gè)大小臂組?成,立柱與大臂?間形成肩關(guān)?節(jié),大臂與小臂?間形成肘關(guān)?節(jié),可使大臂做?回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和?大臂作仰俯?擺動(dòng)，小臂作仰俯?擺動(dòng)。其特點(diǎn)是工?作空間范圍?大，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)，能抓取靠近?工件的物體?。 e. 平面關(guān)節(jié)型? 采用兩個(gè)回?轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和三?個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)?；兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)

46、?節(jié)控制前后?、左右運(yùn)動(dòng)，而移動(dòng)關(guān)節(jié)?則實(shí)現(xiàn)上下?運(yùn)動(dòng)，其工作空間?的軌跡圖形?，它的縱截面?為矩形的同?轉(zhuǎn)體，縱截面為移?動(dòng)關(guān)節(jié)的行?程長(zhǎng)，兩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)?轉(zhuǎn)角的大小?決定回轉(zhuǎn)體?截面積的大?小、形狀。在水平方向?有柔順性，在垂直方向?有較大的剛?性。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?，動(dòng)作靈活，多用于裝配?作業(yè)，特別適合小?規(guī)格零件的?插接裝配。 對(duì)以上五種?方案的比較?：方案一不能?完全實(shí)現(xiàn)本?課題所要求?的動(dòng)作；方案二體積?大，靈活性差；方案三結(jié)構(gòu)?復(fù)雜；方案五無法?實(shí)現(xiàn)本課題?的動(dòng)作。結(jié)合本課題?綜合考慮決?定采用方案?四：關(guān)節(jié)型機(jī)械?手。此方案所占?空間少，工作空間范?圍大，動(dòng)作靈活，工藝操作性?高。

47、2.2.1 操作機(jī)的驅(qū)?動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)? 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是?工業(yè)機(jī)械手?的重要組成?部分。根據(jù)動(dòng)力源?的不同, 工業(yè)機(jī)械手?的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)?大致可分為?液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械?驅(qū)動(dòng)等四類?。采用電動(dòng)機(jī)?構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械?手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 因此，機(jī)械手的驅(qū)?動(dòng)方案選擇?電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。 關(guān)節(jié)型機(jī)械?手本體驅(qū)動(dòng)?系統(tǒng)包括驅(qū)?動(dòng)器和傳動(dòng)?機(jī)構(gòu)，它們常和執(zhí)?行機(jī)構(gòu)聯(lián)成?一體驅(qū)動(dòng)臂?桿和載荷完?成指定的動(dòng)?作。通常的機(jī)械?手驅(qū)動(dòng)方式?有以下四種?； 1.步進(jìn)電機(jī)： 步進(jìn)電機(jī)是?將電脈沖信?號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻?位移或線位?移的開環(huán)執(zhí)?行元件。在非超載情?況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速?、停止位置只?取決于脈沖?

48、信號(hào)的頻率?和脈沖數(shù)目?。這一線性關(guān)?系的存在，加上步進(jìn)電?機(jī)只有周期?性誤差而無?累計(jì)誤差的?特點(diǎn)，使其在速度?、定位等控制?領(lǐng)域應(yīng)用得?非常廣泛。 2.直流伺服電?機(jī)： 直流伺服電?機(jī)具有良好?的調(diào)速特性?，較大的啟動(dòng)?力矩，相對(duì)功率大?及快速響應(yīng)?等特點(diǎn)，并且控制技?術(shù)成熟。其安裝維修?方便，成本低。 直流伺服電?動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器?多采用脈寬?調(diào)制（PWM）伺服驅(qū)動(dòng)器?，通過改變脈?沖寬度來改?變加在電動(dòng)?機(jī)電樞兩端?的平均電壓?，從而改變電?動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?。 PWM伺服?驅(qū)動(dòng)器具有?調(diào)速范圍寬?、低速特性好?、響應(yīng)快、效率高、過載能力強(qiáng)?等特點(diǎn)，在工業(yè)機(jī)器?人中常作為?直流伺服電?動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

49、器?。 3.交流伺服電?機(jī)：交流伺服電?機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?，運(yùn)行可靠，時(shí)用維修方?便，比步進(jìn)電機(jī)?價(jià)格貴一些?。可實(shí)現(xiàn)較大?的啟動(dòng)功率?，提供很高的?響應(yīng)速度。同直流伺服?電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)?系統(tǒng)相比，同步式交流?伺服電動(dòng)機(jī)?驅(qū)動(dòng)器具有?轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣?量比高、無電刷及換?向火花等優(yōu)?點(diǎn)，在工業(yè)機(jī)器?人中得到廣?泛應(yīng)用。 4．直接驅(qū)動(dòng)：所謂直接驅(qū)?動(dòng)系統(tǒng)，就是電動(dòng)機(jī)?與其所驅(qū)動(dòng)?的負(fù)載直接?耦合在一起?，中間不存在?任何減速機(jī)?構(gòu)。 ??同傳統(tǒng)的電?動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)?動(dòng)相比，該驅(qū)動(dòng)減少?了減速機(jī)構(gòu)?，從而減少了?系統(tǒng)傳動(dòng)過?程中減速機(jī)?構(gòu)所產(chǎn)生的?間隙和松動(dòng)?，極大地提高?了機(jī)器人的?精度，同時(shí)也減少?了由于減

50、速?機(jī)構(gòu)的摩擦?及傳送轉(zhuǎn)矩?脈動(dòng)所造成?的機(jī)器人控?制精度降低?。而該驅(qū)動(dòng)由?于具有上述?優(yōu)點(diǎn)，所以機(jī)械剛?性好，可以高速高?精度動(dòng)作，且具有部件?少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易維修、可靠性高等?特點(diǎn)，在高精度、高速工業(yè)機(jī)?器人應(yīng)用中?越來越引起?人們的重視?。 常用的驅(qū)動(dòng)?器有電機(jī)和?液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝?置等。其中采用電?機(jī)驅(qū)動(dòng)是最?常用是驅(qū)動(dòng)?方式。電機(jī)驅(qū)動(dòng)具?有精度高，可靠性好，能以較大的?變速范圍滿?足機(jī)械手應(yīng)?用要求等特?點(diǎn)。 本課題的機(jī)?械手將采用?直流伺服電?機(jī)。因?yàn)樗哂?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、使用維修方?便、調(diào)速性好、伺服性能好?、反應(yīng)快速、功率重量比?大，穩(wěn)定性好等?特點(diǎn)。 2.2.

51、2 確定關(guān)節(jié)型?機(jī)械手手臂?的配置形式? 手臂的配置?形式反應(yīng)了?機(jī)械手操作?機(jī)的總體布?局。根據(jù)任務(wù)要?求，要實(shí)現(xiàn)機(jī)械?手搬運(yùn)功能?，則機(jī)械手的?工作范圍要?廣，所以我選擇?了立柱式是?配置方式。其特點(diǎn)是占?地面積小，工作范圍大?。 2.3 關(guān)節(jié)型機(jī)械?手本體結(jié)構(gòu)?設(shè)計(jì) 2.3.1 機(jī)械手本體?結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)?設(shè)計(jì) 結(jié)合實(shí)際要?要，以及所需要?達(dá)到的技術(shù)?要求，具體的技術(shù)?方案擬定如?下： 本設(shè)計(jì)的通?用機(jī)械手的?結(jié)構(gòu)相對(duì)比?較簡(jiǎn)單，自由度選擇?為五個(gè)。分別為(1)腰關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)?；（2）大臂關(guān)節(jié)仰?俯；（3）中臂關(guān)節(jié)仰?俯；（4）小臂關(guān)節(jié)仰?俯；（5）腕部回轉(zhuǎn)。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如?圖

52、2.1所示 1.腰部回轉(zhuǎn)2?.大臂仰俯3?.小臂仰俯4?.小臂仰俯5?.腕部回轉(zhuǎn) 圖2.1 機(jī)械手整體?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 原理：腰部的回轉(zhuǎn)?是通過腰部?電機(jī)（直流調(diào)速）再經(jīng)過一級(jí)?齒輪傳動(dòng)來?實(shí)現(xiàn)的；大臂、中臂和小臂?的仰俯的通?過諧波齒輪?傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)?的；而腕部的回?轉(zhuǎn)則通過一?級(jí)諧波再經(jīng)?過二級(jí)齒輪?傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)?的。 機(jī)械手主要?由腰部與基?座以及大臂?、中臂、小臂和腕部?組成。回轉(zhuǎn)基座是?一個(gè)鋁制的?整體鑄件，其上裝有腰?關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)?電機(jī)，在基座內(nèi)安?置了腰關(guān)節(jié)?的主軸及其?軸承等。 2.3.2 所設(shè)計(jì)機(jī)械?手本體結(jié)構(gòu)?的特點(diǎn) 所設(shè)計(jì)的機(jī)?械手本體結(jié)?構(gòu)特點(diǎn)如下?; 1. 腰

53、部回轉(zhuǎn)由?伺服電機(jī)通?過同步帶再?通過一級(jí)齒?輪傳動(dòng)組成?。在結(jié)構(gòu)布置?上，電機(jī)均固定?在腰座上，小齒輪用鍵?與軸一相連?；而大齒輪用?鍵與軸二相?連。這樣布局對(duì)?裝配、潤(rùn)滑方便，但增大了腰?部回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)?動(dòng)慣量。大臂、小臂的傳動(dòng)?原理相同，均采用電機(jī)?，諧波減速器?和關(guān)節(jié)軸線?同軸的傳動(dòng)?方式。這樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)?單，傳動(dòng)路線最?短。腕部則采用?諧波齒輪減?速外加二級(jí)?齒輪傳動(dòng)，這樣有利于?精確控制手?腕的轉(zhuǎn)動(dòng)角?度。 2. 底座鑄件結(jié)?構(gòu)形狀簡(jiǎn)單?，即用作內(nèi)部?大齒輪的安?裝固定與主?軸的支撐座?，又兼顧承力?支架。傳遞集中載?荷。這樣不僅節(jié)?約材料，減少加工量?，又使整體質(zhì)?量減輕。腰部、大、小

54、臂和腕部?機(jī)構(gòu)同樣采?用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?的鑄件。 3. 腰關(guān)節(jié)和大?、小臂關(guān)節(jié)處?結(jié)構(gòu)密度大?，多余空隙比?較少，結(jié)構(gòu)緊湊。這樣使總的?尺寸減少，質(zhì)量減輕。 4. 機(jī)械手手臂?材料的選擇?： 機(jī)械手手臂?的材料應(yīng)根?據(jù)手臂的工?作狀態(tài)來選?擇，根據(jù)設(shè)計(jì)需?求，機(jī)械手手臂?要求完成各?種運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)材料有一?個(gè)要求是作?為運(yùn)動(dòng)的部?件，它應(yīng)該是輕?型材料。另一方面，手臂的運(yùn)動(dòng)?過程中往往?會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)?，它將大大降?低它的運(yùn)動(dòng)?精度。因此，在選擇材料?時(shí)，需要對(duì)質(zhì)量?、剛度、阻尼進(jìn)行綜?合考慮，以便有效地?提高手臂的?動(dòng)態(tài)性能。 機(jī)械手手臂?材料首先應(yīng)?是結(jié)構(gòu)材料?。手臂承受載?荷時(shí)，不應(yīng)有變

55、形?和斷裂。從力學(xué)角度?看，既要具有一?定的強(qiáng)度、手臂材料應(yīng)?選擇高強(qiáng)度?材料，如鋼、鑄鐵、合金鋼等。機(jī)械手手臂?是運(yùn)動(dòng)的，又要具有很?好的受控性?，因此，要求手臂比?較輕。綜合而言，應(yīng)該優(yōu)先選?額強(qiáng)度大而?密度小的材?料。在我的設(shè)計(jì)?中為減輕機(jī)?械手本體的?重量選擇用?鑄鋁材料。 2.4 本章主要內(nèi)?容 本章主要完?成機(jī)械手的?整體結(jié)構(gòu)設(shè)?計(jì)，合理的布局?，通過設(shè)計(jì)的?機(jī)械手本體?結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使機(jī)械手按?照預(yù)定的工?作條件，完成旋轉(zhuǎn)、俯仰動(dòng)作，完成理論方?案的設(shè)計(jì)，以及材料的?選擇并確定?驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。運(yùn)用 AutoC?AD件繪制?結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)?圖。 第3章 關(guān)節(jié)型機(jī)械?手

56、腰部結(jié)構(gòu)?設(shè)計(jì) 3.1 電動(dòng)機(jī)的選?擇 設(shè)大臂中、臂 和小臂水平?展開時(shí)對(duì)于?腰部關(guān)節(jié)的?主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)?慣量為J1?，根據(jù)平衡軸?定理可得繞?腰部關(guān)節(jié)軸?的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?為： 分別為小臂?以及腕部的?抓取物體后?的負(fù)重、中臂和大臂?的重量為5?kg、13.6kg、19.8kg。分別為小臂?、中臂和大臂?水平伸直時(shí)?小臂的長(zhǎng)度?、中臂的長(zhǎng)度?、大臂的長(zhǎng)度?，其值分別為?600mm?、420mm?、300mm?。 設(shè)腰部自身?繞腰關(guān)節(jié)的?轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為?J。 J=, ，R 分別為腰部?重量和繞主?軸的旋轉(zhuǎn)半?徑，假設(shè)分別為?20kg和?250kg?。 可得繞大臂?關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)?慣量為：

57、J = = 38.65kg 同理，可得手爪繞?腕部關(guān)節(jié)軸?的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?： =0.50.025 =0.125kg? 式中：——手爪繞腕部?旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)?半徑mm。 由于手指移?動(dòng)的最大線?速度為3m?/s，當(dāng)大臂、中臂和小臂?都水平時(shí)，腰部旋轉(zhuǎn)此?時(shí)工作端部?的線速度為?最大速度。 此時(shí)可得： 為腰部主軸?旋轉(zhuǎn)的最大?角速度 則旋轉(zhuǎn)開始?時(shí)的轉(zhuǎn)矩可?表示為： T=J 式中：T——旋轉(zhuǎn)開始時(shí)?的轉(zhuǎn)矩 　　　――角加速度 使機(jī)械手主?軸從0ra?d/s到=2.27rad?/s所需時(shí)間?為：，T=J=38.652.

58、27=87.73N?m 若考慮繞機(jī)?械手手臂的?各部分重心?軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣?量及摩擦力?矩，則旋轉(zhuǎn)開始?時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)?矩可定為9?0 N?m 電動(dòng)機(jī)的功?率可按下式?估算 Pm(1.5~2.5) 式中：Pm——電動(dòng)機(jī)功率? ——負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ——負(fù)載轉(zhuǎn)速 ——傳動(dòng)裝置的?效率，初步估算取?=0.650.95=0.57 系數(shù)取1.5，則 Pm =1.5358.4 N?m 估算Pm 后可選取電?機(jī)，使其額定功?率Pr滿足?下式 PrPm 選擇三菱伺?服電機(jī) HC—

59、—MFS43?(B)交流伺服電?機(jī)的參數(shù) 型號(hào) 轉(zhuǎn)矩（N?m） 轉(zhuǎn)速（r/min） 功率(W) 電流(A) HC-MFS 43(B) 1.3 3000 400 7.8 3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)?計(jì) 通過電機(jī)的?主軸轉(zhuǎn)速和?腰部旋轉(zhuǎn)的?最大角速度?可求得大概?的總傳動(dòng)比? ia = =138.3 由于傳動(dòng)比?較大，所以在伺服?電機(jī)上采用?配置減速器?的方式直接?調(diào)速，再通過齒輪?傳動(dòng)機(jī)構(gòu)保?證傳動(dòng)的平?穩(wěn)性，齒輪傳動(dòng)的?傳動(dòng)比為 i = =6.15 3.3 主要零部件?設(shè)計(jì)計(jì)算 3.3.1 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)?速、轉(zhuǎn)矩和輸出?

60、功率 a．各軸轉(zhuǎn)速 Ⅰ軸 n1 =32.64r/min Ⅱ軸 n2 =32.64/2.55=12.8r/min b.各軸輸出功?率 Ⅰ軸 =?=4000.9=360W 為減速機(jī)傳?動(dòng)效率 Ⅱ軸 =3600.95=342W 為齒輪嚙合?效率 c. 各軸輸入扭?矩 Ⅰ軸 =9550=9550(360/32.64)=105.3 N?m Ⅱ軸 =9550=9550(342/12.8)=255.16 N?m 3.3.2 確定軸的具?體尺寸 兩實(shí)心軸的?材料均選用?45號(hào)鋼，查表得知軸?的許用扭

61、剪?應(yīng)力[]=30MPa?，由許用應(yīng)力?確定的系數(shù)?為A=115。 Ⅰ軸的結(jié)構(gòu)如?下： 軸各段直徑?和長(zhǎng)度： 長(zhǎng)度 直徑 20 16 16 32 88 20 40 16 Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)如?下： 軸各段直徑?和長(zhǎng)度： 長(zhǎng)度 直徑 68 32 40 92 60 76

62、12 56 56 48 40 40 32 28 3.3.3 Ⅱ軸齒輪傳動(dòng)?軸校核 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度?條件計(jì)算： 此軸是重要?的零件，其上布置有?主動(dòng)齒輪和?支撐的軸承?。其結(jié)構(gòu)尺寸?要滿足彎曲?和扭轉(zhuǎn)的要?求 a)軸的材料選?45鋼，調(diào)質(zhì)處理硬?度HBS2?17-255。其機(jī)械性能?查表，得， σ=650MP?a，σ＝360 MPa，σ＝270 MPa，т ＝155 MPa，許

63、用疲勞應(yīng)?力 [σ]＝190MP?a。 b)、軸上力的計(jì)?算： 齒輪上的徑?向力、圓周力為： F= F= Ftanα?=26.31×tan20?=9.58N N1 = N 2=35N ，阻力矩 M 1 =M2 = 0.5 N?m，重力N 3 =15 N?m，主動(dòng)力矩M? 0 =1 N?m。 計(jì)算作用于?軸水平面上?的力，由力學(xué)知識(shí)?可得： R==35.70N R==37.90N 計(jì)算作用于?軸的豎直面?上的力，由力學(xué)知識(shí)?可得： R==4.95N R=N 計(jì)算彎矩， M==0.047 N?m M==0.044 N?m 齒輪處：M=35×13.4-35×13-

64、15×0.4= 0.008N?m 計(jì)算扭矩： T=T=T=0.5 N?m 計(jì)算當(dāng)量彎?矩， M= A 點(diǎn)處： M(A)===0.137 N?m 齒輪作用集?中處： M(F)===0.206 N?m B 點(diǎn)處： M(B)= ==0.257 N?m c)、軸的尺寸計(jì)?算： 按許用彎曲?應(yīng)力計(jì)算軸?頸： d≥=×10=2.354mm? d)、校核軸的強(qiáng)?度： 齒輪作用處?的當(dāng)量彎矩?最大，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)?度校核： σ==3.526MP?a σ<[σ],故安全。 e)、按疲勞強(qiáng)度?校核安全系?數(shù)： 受彎矩作用?的安全系數(shù)?計(jì)算公式為?： S=≥[S] S

65、= S= 式中，—對(duì)稱循環(huán)應(yīng)?力下的材料?扭轉(zhuǎn)疲勞極?限 S——只考慮彎矩?作用的安全?系數(shù)； S——只考慮扭矩?作用時(shí)的安?全系數(shù)； σ——對(duì)稱循環(huán)應(yīng)?力時(shí)試件材?料的彎曲的?疲勞極限 K，K ——彎曲和扭轉(zhuǎn)?時(shí)的有效應(yīng)?力集中系數(shù)? β——表面質(zhì)量系?數(shù)， ε,ε——彎曲和扭轉(zhuǎn)?時(shí)的絕對(duì)尺?寸系數(shù) ,——彎曲和扭轉(zhuǎn)?時(shí)平均應(yīng)力?拆合為應(yīng)力?幅的等效系?數(shù) ,σ——彎曲應(yīng)力的?應(yīng)力幅和平?均應(yīng)力 ,——轉(zhuǎn)應(yīng)力的應(yīng)?力幅和平均?應(yīng)力 S== S== 計(jì)算中 σ＝270MP?a, =155MP?a, K =1.66，K =1.45, β＝0.90,ε＝0.91, ε

66、=0.89 , ＝ 0.34, =0.21, =41.02MPa?,σ=41.02MPa?, =9.28MPa?， ＝9.28MPa?。 S== 由表可查得?，[ S ] ＝1.5～1.8，S>[ S ] ，故該軸截面?是安全得的?。 3.4 齒輪的設(shè)計(jì)? 3.4.1 選擇材料 機(jī)構(gòu)中的齒?輪是開式齒?輪，小齒輪的材?料選用40?Cr，大齒輪選用?45，表面調(diào)質(zhì)處?理，硬度HBS?217-255。 得σ ＝630MP?a。 3.4.2 壓力角的選?擇 由機(jī)械原理?可知，增大壓力角?，能使輪齒的?齒厚和節(jié)點(diǎn)?處的齒廓曲?率半徑增大?，可提高齒輪?的彎曲疲勞?強(qiáng)度和接觸?疲勞強(qiáng)度。此處，壓力角可取?。 3.4.3 齒數(shù)和模數(shù)?的選擇 對(duì)軟齒面的?閉合齒輪傳?動(dòng)，其承載能力?主要取決于?齒面接觸疲?勞強(qiáng)度。而齒面接觸?應(yīng)力的大小?與小齒輪的?分度圓直徑?有關(guān)，即與齒數(shù)和?模數(shù)的積有?關(guān)。因此在滿足?彎曲疲勞強(qiáng)?度的前提下?，宜選擇較小?的模數(shù)和較?多的齒數(shù)。這樣除能增?大重合度，改善傳動(dòng)的?平穩(wěn)性外，還因模數(shù)的?減小而降低?齒高，從而減小金?屬的切屑量?，減少滑動(dòng)速