【正文】 ：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日第1章 緒 論 機(jī)器人概述 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、加工；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。目前我國常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。它是一種獨(dú)立的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。機(jī)器人按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對工作空間最大，甚至能繞過基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機(jī)器人的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)基座部（固定或移動(dòng)臂部腕部控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 機(jī)器人 電、液或氣動(dòng)裝置單關(guān)節(jié)伺服控制器關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)及其它信息交換計(jì)算機(jī)手部 機(jī)器人的一般組成對于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。它們之間的相互關(guān)系如圖 所示。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。 就目前來看，總的來說現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢： 1)提高運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度，減少重量和占用空間，加速機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將機(jī)器人的各個(gè)機(jī)械模塊、控制模塊、檢測模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器人； 2)開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場合，如開發(fā)微動(dòng)機(jī)構(gòu)用以保證精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機(jī)器人，以適應(yīng)不同的場合； 3)研制各類傳感器及檢測元器件，如，觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測距傳感器等，用傳感器獲得工作對象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識別、狀態(tài)檢測。針對五自由度機(jī)器手的結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)械手也是最近流行的一種機(jī)械設(shè)備，它在中國的發(fā)展也是很快的，現(xiàn)在在各個(gè)行業(yè)都有機(jī)械手的應(yīng)用。第2章 機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 機(jī)械手設(shè)計(jì)的總體要求機(jī)械手設(shè)計(jì)的總體要求。其次，對機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性也有一定的要求。2)對零件設(shè)計(jì)的基本要求：機(jī)械零件是組成機(jī)器的基本單元，對機(jī)器的設(shè)計(jì)要求最終是通過對零件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。這些條件就是判斷零件工作能力的準(zhǔn)則。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手主要是用于采摘作業(yè)。 任何一種機(jī)器都是由動(dòng)力源、傳動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。下面分別對機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式、傳動(dòng)方式以及機(jī)器人的各零部件材料作一一分析。但機(jī)體所占空間體積大、靈活性較差。3)球坐標(biāo)型（又稱極坐標(biāo)型）機(jī)器人的空間結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)直線移動(dòng)所組成，即一個(gè)回轉(zhuǎn)，一個(gè)俯仰和一個(gè)伸縮運(yùn)動(dòng)組成，其工作空間圖形為一個(gè)球形，它可以作上下俯仰運(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。關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)的機(jī)器人在相同體積條件下比非關(guān)節(jié)型機(jī)器人具有大得多的相對空間和絕對空間。比較這些驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)，從中選出適合移動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式。 很高結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。另外，步進(jìn)電機(jī)可以不必經(jīng)過反饋便可以穩(wěn)定調(diào)速，因此，本次設(shè)計(jì)的腰部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、大臂擺動(dòng)、小臂擺動(dòng)均采用步進(jìn)電機(jī)；腕關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)采用直流異步電機(jī)。考慮機(jī)械手結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，帶傳動(dòng)、鏈動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)是其可能的傳動(dòng)方式，在這里將對以上四種傳動(dòng)方式進(jìn)行比較?，F(xiàn)在一些新型帶傳動(dòng)形式，如高速帶傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)己經(jīng)克服了以上大部分的缺點(diǎn)。與屬于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高；又因?yàn)殒湕l不需要像帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較??；鏈條采用金屬材料制造，在同樣使用條件下，鏈傳動(dòng)的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊；與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造安裝精度要求較低，成本也低；在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便的多。一級圓柱齒輪傳動(dòng)在正常潤滑條件下效率可達(dá)到99%以上，在大功率傳動(dòng)中，高傳動(dòng)效率是十分重要的:傳動(dòng)比恒定，齒輪傳動(dòng)具有不變的瞬時(shí)傳動(dòng)比，因此齒輪傳動(dòng)可用于圓周速度為200m/s以上的高速傳動(dòng)；結(jié)構(gòu)緊湊，在同樣使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需要空間尺寸比帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)小得多；工作可靠、壽命長，齒輪傳動(dòng)在正確安裝，良好潤滑和正常維護(hù)條件下，具有其他機(jī)械傳動(dòng)無法比擬的高可靠性和壽命。蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是:齒面摩擦力大，發(fā)熱量高，傳動(dòng)效率低。齒形帶傳動(dòng)是同步帶的一種，用來傳遞平行軸間的運(yùn)動(dòng)或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，在本文中主要用于腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的傳動(dòng)。三個(gè)構(gòu)件中可以任意固定一個(gè)，其余兩個(gè)一個(gè)固定，一個(gè)從動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)減速或增速（固定傳動(dòng)比），也可以換成兩個(gè)輸入、一個(gè)輸出，組成差動(dòng)傳動(dòng)。柔輪為可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內(nèi)孔直徑略小于波發(fā)生器的總長。當(dāng)波發(fā)生器沿圖示方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪的變形不斷改變，使柔輪與剛輪的嚙合狀態(tài)也不斷改變，由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入……，周而復(fù)始地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)柔輪相對剛輪沿波發(fā)生器H相反方向的緩慢旋轉(zhuǎn)。 4)傳動(dòng)效率高、壽命長。減速器機(jī)構(gòu)主要為齒輪減速機(jī)構(gòu)和諧波減速器機(jī)構(gòu)。機(jī)械制動(dòng)器： 機(jī)械制動(dòng)器有螺旋式自動(dòng)加載制動(dòng)器、盤式制動(dòng)器、閘瓦式制動(dòng)器和電磁制動(dòng)器等幾種。因此這種制動(dòng)器被稱為無勵(lì)磁動(dòng)作型電磁制動(dòng)器。但對于直流電機(jī)、同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)等各種不同類型的電機(jī)，必須分別采用適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電路。缺點(diǎn)在于：這種方法不如機(jī)械制動(dòng)器工作可靠，斷電的時(shí)候?qū)⑹ブ苿?dòng)作用。工業(yè)機(jī)器人腰座，就是圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、球坐標(biāo)機(jī)器人及關(guān)節(jié)型機(jī)器人的回轉(zhuǎn)基座。2)腰座要承受機(jī)器人的全部重量和載荷，因此，機(jī)器人的基座和腰部軸和軸承的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以保證其承載能力。5)腰部的回轉(zhuǎn)要有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它包括驅(qū)動(dòng)器及減速器。要設(shè)有調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來調(diào)整腰部軸承間隙及減速器的傳動(dòng)間隙。它的作用是支承腕部和手部，并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)基本要求:1)臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕。2)臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小。(3)減少回轉(zhuǎn)半徑。4)位置精度要高。一般手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)或再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求。兩自由度手腕足以滿足各種工作情況的需要。3)應(yīng)保證抓取物體在手指內(nèi)的夾持精度，應(yīng)保證每個(gè)被抓取的物體，在手指內(nèi)都有準(zhǔn)確的相對位置。對于本文的果實(shí)采摘機(jī)器人，需要能夠剪切下物體即可，控制物體的位置和取向，選擇兩個(gè)手指就可以滿足此工作要求，所以在結(jié)構(gòu)上將采用兩指。小臂與大臂的關(guān)節(jié)使用圓錐齒輪傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)置于大臂殼體內(nèi)。；質(zhì)量:。缺點(diǎn)是腰部尺寸較高。在本次設(shè)計(jì)中采用的正是環(huán)形軸承，由于采集機(jī)械手對精度要求很高，所以采用這種結(jié)構(gòu)。大臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇步進(jìn)電機(jī)。所需時(shí)間 則腕部俯仰角加速度： （）負(fù)載啟動(dòng)慣性矩（靜摩擦力矩忽略不計(jì)）： （）取兩級圓柱齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比為2。 小臂關(guān)節(jié)的傳動(dòng)同樣是由電動(dòng)機(jī)通過同步帶與齒輪的嚙合帶動(dòng)小臂轉(zhuǎn)動(dòng)的?？偟膫鲃?dòng)比。2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)諧波減速器的計(jì)算初選諧波減速器：諧波減速器選擇型號為XB輸出轉(zhuǎn)矩，輸出轉(zhuǎn)速，腕部負(fù)載靜轉(zhuǎn)矩。3）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) (1)要求分析主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速:（諧波減速器的輸出轉(zhuǎn)速）齒數(shù)比 由于諧波減速器輸出的轉(zhuǎn)矩為，所以主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩也為。 ，(+)， ，取， 。齒輪加工精度為 級。諧波減速器選擇：型號為XB輸出轉(zhuǎn)矩、輸出轉(zhuǎn)速。電機(jī)的選擇符合要求。本章對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)：腰部結(jié)構(gòu)、臂部結(jié)構(gòu)、腕部結(jié)構(gòu)、末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確定，選擇了鋁合金作為機(jī)械手的材料，對腰關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)，大臂關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)、小臂關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)、手臂關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。 機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡圖，O為電機(jī)輸出軸，曲柄OA、連桿AB、滑塊B和支架構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；滑塊B、連桿BC、搖桿CE和支架構(gòu)成滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。選電機(jī)：選擇直流伺服電機(jī)，型號為MULTIPLEX STELLSERVO、額定電壓、額定轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速。2)采摘機(jī)械手部分的設(shè)計(jì)。 同時(shí)，由于我知識量的限制，且時(shí)間倉促，本設(shè)計(jì)還存在一些缺陷，希望在今后的學(xué)習(xí)工作中加以改進(jìn)。學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作所取得的成果。學(xué)位論文作者（本人簽名）： 年 月 日學(xué)位論文出版授權(quán)書本人及導(dǎo)師完全同意《中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》、《中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》(以下簡稱“章程”)，愿意將本人的學(xué)位論文提交“中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社”在《中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》、《中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》中全文發(fā)表和以電子、網(wǎng)絡(luò)形式公開出版，并同意編入CNKI《中國知識資源總庫》，在《中國博碩士學(xué)位論文評價(jià)數(shù)據(jù)庫》中使用和在互聯(lián)網(wǎng)上傳播，同意按“章程”規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。本聲明的