【正文】 ............................................................................................................ 16 手腕回轉(zhuǎn)電機的選擇 ..................................................................................................... 16 手腕俯仰和手爪回轉(zhuǎn)電動機的選擇 ............................................................................. 16 擬定傳動比 ........................................................................................................................ 16 擬定手腕回轉(zhuǎn)總傳動比 ................................................................................................. 16 擬定手腕俯仰總傳動比 ................................................................................................. 16 擬定手爪回轉(zhuǎn)總傳動比 ................................................................................................. 17 分配傳動比 ..................................................................................................................... 17 齒輪尺寸設(shè)計 .................................................................................................................... 17 手腕回轉(zhuǎn)齒輪尺寸設(shè)計 ................................................................................................. 17 手腕俯仰第二級圓錐齒輪尺寸設(shè)計 ............................................................................. 19 軸的尺寸設(shè)計 .................................................................................................................... 21 5 臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .................................................................................................................... 25 肩關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................................................................................ 25 肘關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................................................................................ 25 電機的選擇 ........................................................................................................................ 26 結(jié)論 ............................................................................................................................................ 27 參考文獻 .................................................................................................................................... 28 致謝 ............................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 1 前言 1 1 前言 機器人概述 機器人是可以實現(xiàn)自動控制的機器的簡稱，其中可以自動控制機的器包含了所有模仿人類的活動甚至思想以及模仿其他生物的一種機械設(shè)備，例如機器鼠， 機器鳥等。但到目前為止對于機器人的定義還存在許多分類以及爭議，甚至有些電腦的模擬程序也被稱為機器人。然而在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)生活中，機器人通常指那些可以自動執(zhí)行并且完成指定工作的機器設(shè)備，能夠用來代替或者輔助人類實現(xiàn)指定的工作任務(wù)。在想象中的高智能仿真機器人是指包括了機械電子、控制工程、材料科學(xué)和仿生科學(xué)、計算機與人工智能的綜合裝置，而且現(xiàn)在科學(xué)探索正在向此研究方向拓展 [1]。 機器人應(yīng)具有以下特性： （ 1）一種機械電子裝置； （ 2） 行為 與 人或 者與 他生物 的 功能 相似 ； （ 3）可通過編程執(zhí)行多種工作，有一定的通用性和 靈活性； （ 4）有一定智能程度，能夠自主的完成一些操作。 為了防止機器人危害人類安全的事故發(fā)生，科幻小說作者阿西莫夫（ ）在 1940 年擬定了 機器人三原則” [2]，內(nèi)容如下： (1） 機器人不應(yīng)傷害人類 或由于故障使人遭受不幸 ； (2） 機器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外； (3)機器人應(yīng)能保護自己，與第一條 或第二條 相抵觸者除外。 它的建議為機器人的研究制造劃定了倫理方面的準則。機器人在學(xué)術(shù)區(qū)域內(nèi)一直以這三個規(guī)定作為機器人開發(fā)設(shè)計的主要要求。 機器人的廣泛應(yīng)用始于工業(yè)生產(chǎn)的傳送 、噴涂、焊接等操作開始的，它可以使人類在繁重的、反復(fù)單一的、危害健康以及危險的工作環(huán)境中釋放出來。在實際的生產(chǎn)應(yīng)用中，人們逐漸發(fā)掘了機器人的生產(chǎn)潛能，機器人的運用場合就漸漸變大，目前它已經(jīng)慢慢進入或者將要步入人們生產(chǎn)生活的許多方面之中。如礦山機器人可用于鑿巖、采掘、石油鉆井、取樣等；核工業(yè)機器人用于檢查放射性，清理核垃圾；管道爬行的機器人可以運用于檢測維修油、氣、污水的管線；農(nóng)林牧專用的機器人可運用于耕種、收割、采果、噴灑農(nóng)藥化肥生產(chǎn)工作之中等；水下機器人可用于深海探測、沉船打撈和海洋礦產(chǎn)、漁業(yè)的開發(fā)，建立 海上牧場；空間機器人可以運用于星球開發(fā)、純凈材料的制造、軌道飛行器的檢測與維修修、添加燃料、空間自動對接、艙外搶修、充當航天飛機乘務(wù)員等許多功能；還有很多極限作業(yè)的機器人可運用溫度極高、極低、有毒氣體、放射性環(huán)境、消防、搶險救災(zāi)等危險工作；人類和動物和植物形態(tài)仿生機器人可用于住院為護士或餐館和家庭服務(wù)員做一些體育和娛樂活動的模擬；有一些厘米或毫米直徑的微型機器人的通信線路可用于精密加工領(lǐng)域，眼晴手術(shù)；此外，機器人已經(jīng)大量的軍事應(yīng)用，如發(fā)達國家已經(jīng)發(fā)展了許多陸地和海上的戰(zhàn)斗機器人，以突出其軍事現(xiàn)代化的力量 [3]?？梢载撠熑蔚恼f，在如今世界上，機器人早已應(yīng)用在各個領(lǐng)域。而機械手作為機器人最重要的一部分，其研究以及發(fā)展制造的重要性顯而易見。 機械手的發(fā)展史 機械手是建立在機械化，自動化制造程序中自然而然地研制起來的一種新興設(shè)備。它是機器人領(lǐng)域的一個極其重要的分支。它的特點是可以通過程序的編寫去完成指定的工作任務(wù)，在設(shè)備構(gòu)造以及工作性能上它兼?zhèn)淙伺c機器的優(yōu)勢，特別體現(xiàn)了人的智能與適應(yīng)性。 東北林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2 機械手最早是在美國開始進行研究制造的。美國聯(lián)合控制公司在 1958 年研究制造出了世界第一個機械手 [4]。其具體構(gòu)造為：在底部上安裝 了一個可以回轉(zhuǎn)運動的手臂，在手部安裝了有電磁塊的工件用來抓放設(shè)備。美國聯(lián)合控制公司在 1962 年又在以上的方案的基礎(chǔ)之上研制了一臺控制方式為數(shù)字控制的機械手。其運動系統(tǒng)由坦克炮塔仿造而來，其臂部可以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮等基本動作，動力系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動；該機械手的存儲裝置為磁鼓控制系統(tǒng)。這個球坐標機械手后，在許多研究和發(fā)展的基礎(chǔ)。 1962年，美國機械制造公司同樣成功研究制造了一臺名為 Vewrsatran 的機械手 [5]。該機械手的中心柱可以 360 度旋轉(zhuǎn)，升降由液壓驅(qū)動，教學(xué)播放控制系統(tǒng)。上述的兩個機械手都是研制于 上世紀六十年代初期的早期機械手，也成為以后各國工業(yè)機械手研發(fā)的根基。美國 Unimate 公司在 1978 年與斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院三方共同研究制造的一個UnimateVicarm 型的工業(yè)用途機械手，安裝一個小型電子計算機控制系統(tǒng)，該機械手可以在裝配時，定位誤差小于 1 毫米。聯(lián)邦德國 KnKa 公司同時也研發(fā)制造了一種新型點焊用途的機械手，其構(gòu)造選用了關(guān)節(jié)式的結(jié)構(gòu)以及程序智能控制作為控制系統(tǒng)。 工業(yè)機器人在上世紀 70 年代初簡單可以分為以下三個階段，即：發(fā)展的萌芽時期（上世紀 70 年代），發(fā)展期（上世紀 80 年代），實際 應(yīng)用期（上世紀 90 年代） [6]。 現(xiàn)在絕大多數(shù)機械手仍然屬于第一代，絕大多數(shù)還是依賴人工實現(xiàn)操控；改善的傾向重點為減少生產(chǎn)成本和提升加工精度。目前第二代的機械手正在積極研究制造。它設(shè)有微型電子的計算機控制系統(tǒng)，它裝有一個微型電子計算機控制系統(tǒng)，即視覺能力，觸覺和其他類似的模擬，即使是傾聽和思考的能力。研制并且裝配各類先進高效的傳感器，可以將接收到的信息反饋，這樣可以使機械手的感覺機能與人相近。第三代機械手則可以獨立完成工作職責的各個方面。它可以將電子計算機以及電視等終端機器保持關(guān)聯(lián)，而且漸漸發(fā)展為柔 性制造系統(tǒng)（ FMS）以及柔性制造單元（ FMC）中的極其重要的一環(huán)。 機械手的發(fā)展趨勢 近年來，機械產(chǎn)品的角度來看，發(fā)達國家，工業(yè)機器人正逐步走向智能化的方向發(fā)展，模塊化、系統(tǒng)化，并且它的發(fā)展趨勢可主要總結(jié)為以下內(nèi)容：結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和模塊化、控制技術(shù)的分散化、計算機化和網(wǎng)絡(luò)通用化。伺服驅(qū)動技術(shù)的控制化和適用化 。多傳感器的實用和高效化。生產(chǎn)環(huán)境的改善以及操作環(huán)境的靈活化以及控制系統(tǒng)的智能化等方面 [7]。 機械手代表了先進生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢以及自動化設(shè)備綜合應(yīng)用的經(jīng)典表現(xiàn)。它可以廣泛涉及機械，電子，自動化，計算機科學(xué)，人 工智能，傳感器，通信和網(wǎng)絡(luò)的多個學(xué)科和領(lǐng)域，它是利用各種高科技的發(fā)展成果相結(jié)合，為此它的發(fā)展進步與許多科學(xué)的發(fā)展息息相關(guān) [8]?，F(xiàn)在工業(yè)機械手的主要發(fā)展趨勢如下： (1)工業(yè)機械手的工作性能逐步提高，如速度高、精度高、可靠性高、方便操作與檢測維修，機器售價逐步降低。 (2)機械結(jié)構(gòu)向模塊化可重構(gòu)化發(fā)展。比方結(jié)構(gòu)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)的有機結(jié)合 。有結(jié)構(gòu)模塊、連桿模塊用重新選取的方式裝配的機器人。 (3)工業(yè)機械手的控制模塊化趨向于計算機的開放型以及控制器的發(fā)展方向，易于實現(xiàn)集成化，網(wǎng)絡(luò)化 。器件的集 成化水平提升，控制柜漸漸變得精簡，選用模塊化的結(jié)構(gòu)，可很大程度上提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、操作性以及維修性。 (4)在機械手中的傳感器的作用變得越來越重要，除了選用經(jīng)典的位移、速度、加速度等傳感器外，還將視覺、力覺、聲覺、觸覺等多種傳感器融合在產(chǎn)品化系統(tǒng)中。 (5)機械手化機械開始興起。從 1994 年，在美國研制 虛擬軸機床”以來，這種新型設(shè)備已逐漸變?yōu)閲饪茖W(xué)研究的主流之一，紛紛研發(fā)，拓展其實際應(yīng)用的范疇。 1 前言 3 目前來看機械手發(fā)展的總體趨勢是，從狹義的機械手觀念向廣義的機械手科技觀念轉(zhuǎn)變，從工業(yè)機械手操作向解決具體實際 業(yè)務(wù)的機械手科技工業(yè)發(fā)展。機械人技術(shù)的本質(zhì)已變?yōu)榫C合運用機械手技術(shù)的、具有具體行動功能的智能化體系。機械手的結(jié)構(gòu)變得越來越簡便，控制系統(tǒng)變得愈來愈智能，其自動化水平也愈來愈高，并趨于一體化的方向發(fā)展。 機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。 執(zhí)行機構(gòu) 機械手的執(zhí)行機構(gòu)可以分為腕部、手臂、底座 [9]； （ 1）手部 手部安裝在手臂的前端。手部安裝在手臂的前端。在手臂的內(nèi)孔之中安裝有傳動軸，經(jīng)過傳動軸可將動力傳遞到腕部，用以旋轉(zhuǎn)或者伸縮手腕以及手指的閉合。 機 械手的腕部的結(jié)構(gòu)布局可以仿照人的手指，可以按關(guān)節(jié)歸納為無關(guān)節(jié)的、固定關(guān)節(jié)的以及自由關(guān)節(jié) 3 種。按照手指的數(shù)量可以歸納為二指、三指以及多指等，此中二指的應(yīng)用較多。根據(jù)夾物體的形狀和大小有多種形狀和尺寸滿足卡盤的操作要求。一般意義所說的不具備手指