【正文】 械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計論文 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 專業(yè) 機電一體化 班級 機電 122 姓名 胡世賀 一、課題名稱： 自動控制機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 二、主要技術(shù)指標(biāo)： (1）機械手的抓取物體 450g 夾取距離 30mm （ 2）手臂行程 400mm （ 3）轉(zhuǎn)臺角度 100176。而在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，已迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)。 機械手臂的全部工作載荷，以保證足夠的剛度、強度。 四、設(shè)計（論文）進度安排： 畢業(yè)設(shè)計論文 時間（迄止日期） 工 作 內(nèi) 容 下達任務(wù)書 完成開題報告 將所用書籍資料收集 確定對畢業(yè)設(shè)計的思路、方向和方法 通過計算確定對機械手各部分的尺寸 利用計算尺寸，完成機械手的二維圖 利用機械手二維圖紙及裝配圖紙，完成三維建模 完成初稿 根據(jù)老師意見修改初稿，完成終稿 五 、指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 六、系部意見： 系主任簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計論文 I 自動控制機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 目錄 摘要 .................................................................................................................................. III Abstract ............................................................................................................................. III 第一章 緒論 ........................................................................................................................ 1 ......................................................................................................... 1 ......................................................................................................... 1 ......................................................................................................... 2 .................................................................................................. 3 第二章 機械手的設(shè)計要求及尺寸計算 ................................................................................. 5 ................................................................... 5 .......................................................................... 6 .......................................................................... 7 ............................................................................. 8 第三章 機械手的零件圖紙及裝配圖 ................................................................................... 10 .................................................................................................... 10 .................................................................................................... 10 ............................................................................... 11 ......................................................................................... 13 ....................................................................................................... 14 第四章 機械手的三維成型 ................................................................................................. 16 ......................................................................................... 16 ............................................................................................. 16 ......................................................................................... 17 ......................................................................................... 17 ...................................................................................... 18 ......................................................................................... 18 ......................................................................................... 19 第五章 結(jié)束語 .................................................................................................................. 20 參考文獻 ........................................................................................................................... 21 答謝辭 ............................................................................................................................... 22 畢業(yè)設(shè)計論文 II 摘要 本設(shè)計中研究的是一個三自由度的機械手，文中首先 介紹了機械手的分類組成，描述了機械手對現(xiàn)在工業(yè)的應(yīng)用及影響。工業(yè)機械手技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。本設(shè)計中，連接塊與手臂采用螺紋連接，并且螺紋桿與連接塊獨立開來，不僅解決了抓取物體時的前進精度問題，同時保證了手臂的回轉(zhuǎn)動作。 通用機械手：它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。 畢業(yè)設(shè)計論文 2 氣壓傳動機械手：氣壓驅(qū)動機 械手結(jié)構(gòu)簡單、動作迅速、價格低廉，但由于空氣具有可壓縮性，其工作速度穩(wěn)定性較差，但是也由于空氣的可壓縮性，可使得手爪（末端操作器）在抓取物體或?qū)⑵淇ňo時的順應(yīng)性提高，防止了受力過大而造成被抓物體或手爪本身的損壞。早期一般采用步進電動機驅(qū)動，后來發(fā)展成直流伺服 電動機，而現(xiàn)在交流伺服電動機也開始廣泛應(yīng)用。 服務(wù)性機械手：是指用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進機械手，如醫(yī)療公司，餐飲行業(yè)等。 控制系統(tǒng) 感知系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu) 驅(qū)動系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計論文 3 手臂：起著連接與承受外力的作用，一般可以進行三個動作：旋 轉(zhuǎn)，伸縮，升降。根據(jù)驅(qū)動源的不同，驅(qū)動系統(tǒng)可分為電氣、液壓、氣動、機械傳動四大驅(qū)動系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)將四種結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)，該部分相當(dāng)于人的肌肉組織。其中，內(nèi)部狀態(tài)傳感器用于檢測各關(guān)節(jié)的位置、速度等變量，外部傳感器則用于檢測機械手與周圍環(huán)境之間的狀態(tài)變量如距離、接近程度和接觸情況。機械手的參數(shù)一般有自由度、精度、重復(fù)定位精度、工作范圍、承載能力等。 U 軸（手臂前進） 400mm 畢業(yè)設(shè)計論文 4 續(xù)表 11 B 軸（機身俯仰） 135176。 （一） 具有一定的開閉范圍。 ： 而對末端操作器而言，因為抓取物體為 450g 需保證下斷手指的抓取力的最少承受應(yīng)力為 F=，但是因為每次抓取物體都有其特殊性，故設(shè)計時應(yīng)保證每根手指的最少承受應(yīng)力為 F=，而由圖 11 可知，夾取時物體對手指的反作用力為 ，此時選取材料剪應(yīng)力為 ?? 。因此設(shè)計手臂時要盡量采取高強度、硬度的材料。 （四）結(jié)構(gòu)緊湊，強度大，選擇剛性材料。本設(shè)計中機身一般用于實現(xiàn)回轉(zhuǎn)和仰俯運動。 （三）結(jié)構(gòu)布置要合理。 對設(shè)定的機械機身進行受力簡化分析如圖 24： 圖 23 機械手機身受力圖 由前文分析 得出：因為機身機構(gòu)可以看成對稱型，其質(zhì)心位置位于幾何圖形的幾何中心。 （一）要求轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角度為 100176。 設(shè)計 轉(zhuǎn)臺時，因為轉(zhuǎn)臺支撐整個機身和手臂，受力最復(fù)雜，其主要受力分析簡化圖如圖 24： 1M 圖 24 轉(zhuǎn)臺的受力圖 ： fM 畢業(yè)設(shè)計論文 9 回轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動力矩只包括兩項：回轉(zhuǎn)部件的摩擦總力矩和機身運動部件與其支撐的手臂、手腕、手部及抓取零件的總慣性力矩，驅(qū)動力矩 qM 可按照下式計算： 12 MMM fq ?? 式中 : 1M 為總摩擦力矩（ mN? ）； fM2 為回轉(zhuǎn)運運動部件的總慣性力矩（ mN? ）且： twJM f ???? 022 式中： w? 運動過程中的角速度增量（ rad/s）； t? 為運動過程總時間（ s）；0J 為全部回轉(zhuǎn)零件對轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動慣量（ 2mkg? ）。而為了防止螺紋臂柱出現(xiàn)變形、斷裂，本設(shè)計中與連接塊 2 連接部分添加一個外套。轉(zhuǎn)臺圖紙如圖 36 所示： 圖 36 轉(zhuǎn)臺圖紙 底座僅與轉(zhuǎn)臺相連，設(shè)計中需考慮底座的強度以足夠支撐整 個機構(gòu)，其圖紙如圖 37 畢業(yè)設(shè)計論文 14 37 底座圖紙 機械手裝配圖 機械手的裝配圖如圖所示，其中：零件 3 臂套與零件 2 機械手臂采用過盈配合，這樣可以既可以使手臂與連接塊 2 中間的相對而