【正文】 的社會現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。 33 天津理工大學(xué)大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 第一章 緒論 課題研究的意義 21 世紀是知識的世界，也是科學(xué)技術(shù)的世界，誰掌握了科技 的前沿方向，誰就能把握主導(dǎo)權(quán)，引領(lǐng)世界潮流，發(fā)展經(jīng)濟，帶動各行各業(yè)的發(fā)展。 31 致 謝 30 參考文獻 28 總 結(jié) 22 移動機械手的運動分析 8 機械總體結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 4 機械手驅(qū)動方式選擇 1 產(chǎn)品用途與使用范圍 此次設(shè)計主要研究五自由度機械手的主體結(jié)構(gòu)部分（包括底座、腰部、大臂、小臂、手腕及末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)），其主要通過腰部 360 度回轉(zhuǎn)、大臂的俯仰，小臂的前后擺動，手腕 360 回轉(zhuǎn)，末端執(zhí)行器的擺動來實現(xiàn)空間中的五個自由度的運動。近現(xiàn)代以來，機器人領(lǐng)域發(fā)生著翻天覆地的變化，尤其在各工業(yè)生產(chǎn)制造行業(yè)的今天，它變得越來越智能、普及、常見化、平民化，在其他行業(yè)它的發(fā)展帶動了各個領(lǐng)域的發(fā)展，對經(jīng)濟的提高帶來顯著作用。機械手是機器人領(lǐng)域的一個組成部分，研究更為先進智能等優(yōu)良性能的機械手具有重大意義。 關(guān)鍵詞： 五自由度；機械手；結(jié)構(gòu)方向；研究價值 天津理工大學(xué)大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 Mechanical Structure Design for A 5Degree of Freedom Mobile Manipulator ABSTRACT This is based on the production practice. In modern times, with the changes in turn the world upside down the field of robotics, more and more intelligent, popular, mon, popular in the industrial manufacturing industry, other industries in the development of various fields, have significant effect on economic increase. Manipulator is a part of the field of robotics, it is very important to study the mechanical hand is more excellent performance of advanced intelligence. The proposed requirements of a new generation of technology in robot research field: including performance, quality, production efficiency, working conditions and the product upgrading. The basic requirements of manipulator in the original place of workers heavy manual labor and hazardous environment, achieve the production mechanization, automation, precision and production, energy saving and environmental protection, the service life is long, the characteristics of the upgrading of aesthetic design is reasonable and can follow the product quality, and is widely used in machinery manufacturing, metallurgy, electronics, health care and energy field. The design of the main body structure of manipulator with five degree of freedom (the base part, waist, arm, wrist, arm and end effector structure), mainly through the waist turning, pitching arm, small arm and wrist rotation, swing, swing the end effector to realize five degrees of freedom of movement in space. Key Word： Five degree of freedom； Robot； Structure direction； The value of search 天津理工大學(xué)大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 目 錄 第一章 緒論 7 第三章 機械手工程圖的設(shè)計及計算 8 直流伺服電機的選擇 8 機械手各關(guān)節(jié)的部件的詳細設(shè)計 10 腰部關(guān)節(jié)設(shè)計 11 大臂擺動關(guān)節(jié)設(shè)計 14 手腕旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)計 16 重要零件的受力分析與校核計算 18 第四章 基于 Pro/ENGINEER 的模型建立與運動分析 22 機械手各部件靜態(tài)模型的建立 當下科技日益繁榮，在眾多領(lǐng)域，機械手能模仿人手的部分動作，按人們給定的程序、預(yù)定的軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的功能。 機械手發(fā)展史及發(fā)展現(xiàn)狀 機械手的發(fā)展歸功于機器人技術(shù)的發(fā)展。從此在前蘇聯(lián)、日本和美國為首的一些國家，開啟了重點研究和生產(chǎn)高質(zhì)量機械手的步伐，我國也 給與了高度關(guān)注。第三代為未來預(yù)計產(chǎn)品，它具有獨立和交流互動的能力，結(jié)合計算機和電子設(shè)備，逐步向柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單 元發(fā)展。 它集和了接口技術(shù)系統(tǒng)，使不同的模塊組合構(gòu)成不同需求的功能，擴大了應(yīng)用范圍； ，逐步標準化、網(wǎng)絡(luò)化，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 產(chǎn)品用途與使用范圍 隨著工業(yè)發(fā)展的需要，在石油化工、染料等行業(yè)自動化程度的加高，工藝要求越來越復(fù)雜，相比人要求理想化環(huán)境和簡單化操作提出了挑戰(zhàn)，同時這些行業(yè)的工作對人類的安全威脅越來越大，隨時可能發(fā)生的危險讓人觸手不及，一些工作也不得不要求機器人來完成。本文設(shè)計的五自由度移動機械手以坐標特性結(jié)構(gòu)形式來描述，這些坐標結(jié)構(gòu)包括笛卡爾坐標結(jié)構(gòu)、極坐標結(jié)構(gòu)、球面坐標結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)式球面坐標結(jié)構(gòu)等。如圖 所示 圖 Rectangular coordinates （ 2） 圓柱坐標型機器人： 這種坐標的機器人的工作范圍可以實現(xiàn)擴展，其直線運動可以輸出較大的動力，定位精度也比較高。缺點是其運動和位置的坐標比較復(fù)雜，難于控制，同時在直線驅(qū)動時，運動裝置存在密封和工作死區(qū)問題。多關(guān)節(jié)機械手具有 :工作靈活、運動慣性小、通用、能隨意抓取機座附近的工件，并能繞過機體和工作機械之間的障礙物進行工作等優(yōu)點 .伴隨著生產(chǎn)的需要，對多關(guān)節(jié)機械手的靈活性，定位精度和作業(yè)空間范圍等提出 越來越高的要求。并且它的機械結(jié)構(gòu)簡單，操作十分容易。這幾種驅(qū)動方式的特點如表 所示 該機械手主要用于探測和修補等比較 精細作業(yè)活動，因此要求腰部關(guān)節(jié)能實現(xiàn)平面的 360176。綜合考慮選擇電氣式驅(qū)動。力矩電機只能用于單向連續(xù)運轉(zhuǎn)，所以不選用。對于關(guān)節(jié) 天津理工大學(xué)大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 7 6，由于其負載較小、運動精度較高，則采用微型直 流減速電機。 機械總體結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 在分析清楚機器人的工作環(huán)境和工作方式后，根 據(jù)工作的需要，工作特點及科學(xué)合理評定下進行設(shè)計的，所以應(yīng)該盡可能使機械手具有與人類手臂相識的運動能力，或接近于人類工作方式的特點。/s 小臂擺動關(guān)節(jié) 3: 0120~0 ，最高角速度 180176。選擇電動機，根據(jù)驅(qū)動要求，需符合以下條件： 天津理工大學(xué)大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 （ 1）需要的轉(zhuǎn)矩，這一轉(zhuǎn)矩下的速度 u； （ 2）不同負載下的持續(xù)工作時間 t； （ 3）需要的加速度 a； （ 4）負載的慣量 j。 mxaon 直流伺服電機是一種高質(zhì)量高性能的驅(qū)動元件，它配有高性能的稀鋼，空心杯轉(zhuǎn)子（此機構(gòu)獲得了專利技術(shù)）和高精密的齒輪箱。 機械手在靜止狀態(tài)時，所有的重量都將在機械手的大臂上作 用，產(chǎn)生力矩，為了防止機械手在突發(fā)情況下發(fā)生自運動，即斷電情況。 常規(guī)聯(lián)軸器的固定方式有四種。 天津理工大學(xué)大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 表 DC servo motor selection parameters 電機 減速箱 關(guān)節(jié)最高角速度 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) RE 35 φ35mm 90w 行星輪齒 輪箱GP42A 120176。/s 執(zhí)行器擺動關(guān)節(jié) RE 25 φ25mm 20w 行星輪齒輪箱GP32A 160176。 蝸桿傳動一般用于大傳動比場合，其重量較大，反行程具有自鎖性，但傳動效率低，運動中磨損量嚴重，不予考慮。腰間立軸需要能承受較大的軸向力和徑向力，選擇圓錐滾子軸承可滿足使用條件，其余各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)都配以旋轉(zhuǎn)支撐部件，選用一般滾動軸承即可。 （ 3）腰間齒輪設(shè)計 按使用條件，本設(shè)計中的運動結(jié)構(gòu)屬低速運轉(zhuǎn)、輕載荷，重要性和可靠性一般的齒輪傳動。按照公式（ 33），初算最小軸徑 mm16d ?小 ，考慮減速箱輸出軸軸直徑 mm12d? ，初步定最小軸徑 20d ?大 mm。輸入軸做出齒輪軸，輸出軸與齒輪通過鍵連接。 1小臂 2大臂 3小臂擺動驅(qū)動電機 圖 小臂擺動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖 arm swinging joint structure 手腕旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)計 手腕轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，將驅(qū)動電機布置于小臂空腔內(nèi)，手腕與軸采用軸肩與圓螺母（加止動墊圈）進行軸向固定與定位。 天津理工大學(xué)大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 16 1手腕 2小臂 3手腕旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機 圖 The rotating structure of wrist joint 執(zhí)行器擺動關(guān)節(jié)設(shè)計 執(zhí)行器擺動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，將驅(qū)動電機布置于手腕空腔內(nèi)，齒輪設(shè)計同小臂擺動關(guān)節(jié)齒輪。 1執(zhí)行器安裝架 2手腕 3執(zhí)行器擺動驅(qū)動電機 圖 執(zhí)行器安裝架擺動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖 Actuator mounting rack swing joint structure 機械手各臂及支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 底座采用鑄鐵 HT200 鑄造而成，各臂材料選用用鋁合金。=4500 (h) 可靠性 S=90 (%) 潤滑方式 Grease=油潤滑 軸承類型 BType=圓錐滾子軸承 軸承型號 BCode=32216 軸承列數(shù) BCol=0 軸承內(nèi)徑 d=80 (mm) 軸承外徑 D=140 (mm) 軸承的寬度 B=40 (mm) 基本額定動載荷 C=198000 (N) 基本額定靜載荷 Co=278000 (N) 極限轉(zhuǎn)速 (脂 ) nlimz=2600 (r/min) 極限轉(zhuǎn)速 (