【正文】 的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)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(jì)說明書 1 第一章 緒論 課題研究的意義 21 世紀(jì)是知識(shí)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(jì)，帶動(dòng)各行各業(yè)的發(fā)展。 31 致 謝 30 參考文獻(xiàn) 28 總 結(jié) 22 移動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)分析 8 機(jī)械總體結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 4 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式選擇 1 產(chǎn)品用途與使用范圍 此次設(shè)計(jì)主要研究五自由度機(jī)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(dòng)，手腕 360 回轉(zhuǎn)，末端執(zhí)行器的擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)空間中的五個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。近現(xiàn)代以來，機(jī)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(dòng)了各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)的提高帶來顯著作用。機(jī)械手是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)組成部分，研究更為先進(jìn)智能等優(yōu)良性能的機(jī)械手具有重大意義。 關(guān)鍵詞： 五自由度；機(jī)械手；結(jié)構(gòu)方向；研究價(jià)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(jì)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(jì)說明書 目 錄 第一章 緒論 7 第三章 機(jī)械手工程圖的設(shè)計(jì)及計(jì)算 8 直流伺服電機(jī)的選擇 8 機(jī)械手各關(guān)節(jié)的部件的詳細(xì)設(shè)計(jì) 10 腰部關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 11 大臂擺動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 14 手腕旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 16 重要零件的受力分析與校核計(jì)算 18 第四章 基于 Pro/ENGINEER 的模型建立與運(yùn)動(dòng)分析 22 機(jī)械手各部件靜態(tài)模型的建立 當(dāng)下科技日益繁榮，在眾多領(lǐng)域，機(jī)械手能模仿人手的部分動(dòng)作，按人們給定的程序、預(yù)定的軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的功能。 機(jī)械手發(fā)展史及發(fā)展現(xiàn)狀 機(jī)械手的發(fā)展歸功于機(jī)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(diǎn)研究和生產(chǎn)高質(zhì)量機(jī)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(jì)產(chǎn)品，它具有獨(dú)立和交流互動(dòng)的能力，結(jié)合計(jì)算機(jī)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(kuò)大了應(yīng)用范圍； ，逐步標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(shí)這些行業(yè)的工作對(duì)人類的安全威脅越來越大，隨時(shí)可能發(fā)生的危險(xiǎn)讓人觸手不及，一些工作也不得不要求機(jī)器人來完成。本文設(shè)計(jì)的五自由度移動(dòng)機(jī)械手以坐標(biāo)特性結(jié)構(gòu)形式來描述，這些坐標(biāo)結(jié)構(gòu)包括笛卡爾坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球面坐標(biāo)結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)式球面坐標(biāo)結(jié)構(gòu)等。如圖 所示 圖 Rectangular coordinates （ 2） 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人： 這種坐標(biāo)的機(jī)器人的工作范圍可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，其直線運(yùn)動(dòng)可以輸出較大的動(dòng)力，定位精度也比較高。缺點(diǎn)是其運(yùn)動(dòng)和位置的坐標(biāo)比較復(fù)雜，難于控制，同時(shí)在直線驅(qū)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)裝置存在密封和工作死區(qū)問題。多關(guān)節(jié)機(jī)械手具有 :工作靈活、運(yùn)動(dòng)慣性小、通用、能隨意抓取機(jī)座附近的工件，并能繞過機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作等優(yōu)點(diǎn) .伴隨著生產(chǎn)的需要，對(duì)多關(guān)節(jié)機(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，操作十分容易。這幾種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)如表 所示 該機(jī)械手主要用于探測和修補(bǔ)等比較 精細(xì)作業(yè)活動(dòng)，因此要求腰部關(guān)節(jié)能實(shí)現(xiàn)平面的 360176。綜合考慮選擇電氣式驅(qū)動(dòng)。力矩電機(jī)只能用于單向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以不選用。對(duì)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(jì)說明書 7 6，由于其負(fù)載較小、運(yùn)動(dòng)精度較高，則采用微型直 流減速電機(jī)。 機(jī)械總體結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 在分析清楚機(jī)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(diǎn)及科學(xué)合理評(píng)定下進(jìn)行設(shè)計(jì)的，所以應(yīng)該盡可能使機(jī)械手具有與人類手臂相識(shí)的運(yùn)動(dòng)能力，或接近于人類工作方式的特點(diǎn)。/s 小臂擺動(dòng)關(guān)節(jié) 3: 0120~0 ，最高角速度 180176。選擇電動(dòng)機(jī)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)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(jì)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(fù)載下的持續(xù)工作時(shí)間 t； （ 3）需要的加速度 a； （ 4）負(fù)載的慣量 j。 mxaon 直流伺服電機(jī)是一種高質(zhì)量高性能的驅(qū)動(dòng)元件，它配有高性能的稀鋼，空心杯轉(zhuǎn)子（此機(jī)構(gòu)獲得了專利技術(shù)）和高精密的齒輪箱。 機(jī)械手在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，所有的重量都將在機(jī)械手的大臂上作 用，產(chǎn)生力矩，為了防止機(jī)械手在突發(fā)情況下發(fā)生自運(yùn)動(dòng)，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(jì)說明書 10 表 DC servo motor selection parameters 電機(jī) 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(dòng)關(guān)節(jié) RE 25 φ25mm 20w 行星輪齒輪箱GP32A 160176。 蝸桿傳動(dòng)一般用于大傳動(dòng)比場合，其重量較大，反行程具有自鎖性，但傳動(dòng)效率低，運(yùn)動(dòng)中磨損量嚴(yán)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(dòng)軸承即可。 （ 3）腰間齒輪設(shè)計(jì) 按使用條件，本設(shè)計(jì)中的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)屬低速運(yùn)轉(zhuǎn)、輕載荷，重要性和可靠性一般的齒輪傳動(dòng)。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(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 圖 小臂擺動(dòng)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(jì) 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)布置于小臂空腔內(nèi)，手腕與軸采用軸肩與圓螺母（加止動(dòng)墊圈）進(jìn)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(jì)說明書 16 1手腕 2小臂 3手腕旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 圖 The rotating structure of wrist joint 執(zhí)行器擺動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 執(zhí)行器擺動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)布置于手腕空腔內(nèi)，齒輪設(shè)計(jì)同小臂擺動(dòng)關(guān)節(jié)齒輪。 1執(zhí)行器安裝架 2手腕 3執(zhí)行器擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 圖 執(zhí)行器安裝架擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖 Actuator mounting rack swing joint structure 機(jī)械手各臂及支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(hào) 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(dòng)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 (