【正文】 蝸桿傳動 ~ 諧波齒輪傳動 ~ 絲杠傳動 ~ 本次設(shè)計主要采用了齒輪傳動和帶傳動 。 3)體積小、重量輕 。 周長上其他區(qū)段的齒處于嚙合和脫離的 過渡狀態(tài) 。 圖 諧波傳動原理圖 圖 諧波傳動減速器機(jī)構(gòu)簡圖 波發(fā)生器 H是一個桿狀部件 ， 其兩端裝有滾動軸承構(gòu)成滾輪 ， 與柔輪 1的內(nèi)壁相互壓緊 。 如下圖所示 。 為減小機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程的沖擊和振動 ， 并且不降低控制精度 ， 采用了齒形帶傳動 。 蝸桿傳動與圓柱齒輪傳動和圓錐齒輪傳動相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大 、傳動平穩(wěn)和可以自鎖等顯著特點(diǎn) 。 齒輪傳動：齒輪傳動是機(jī)械傳動中 應(yīng)用最為廣泛的一類傳動 ， 常用的漸開線齒輪傳動具有以下一些主要特點(diǎn) :傳動效率高 ， 在常用的機(jī)械傳動中 ， 齒輪傳動的效率是最高的 。 鏈傳動是屬于帶有中間 撓 性件的嚙合傳動 。 帶傳動具有的優(yōu)點(diǎn) :有良好的 撓 性和彈性 ， 有吸振和緩沖作用 ， 因而使帶傳動平穩(wěn)、噪聲小 ； 有過載保護(hù)作用 ， 當(dāng)過載時引起帶在帶輪上發(fā)生相對滑動 ， 可防止其他零件的損壞 ； 制造和安裝精度與齒輪傳動相比較低 ， 結(jié)構(gòu)簡單 ， 制造、安裝、維護(hù)均較方便 ； 適合于中心距較大的兩軸間傳動 (中心距最大可達(dá) 15米 )帶傳動的主要缺點(diǎn)有 :由彈性滑動的存在 ， 使得傳動效率降低 ， 不能保證準(zhǔn)確的傳動比 ； 由于帶 傳動需要初始張緊 ， 此 時 ， 當(dāng)傳遞同樣大的圓周力時 ， 與嚙合傳動相比軸上的壓力較大 :結(jié)構(gòu)尺寸較大 ， 不緊湊 ； 傳動壽命較短 ； 傳動帶與帶輪之間會產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象 ； 不宜用于有爆炸危險的場合 。 機(jī)械傳動又可分為嚙合傳動、摩擦傳動和流體傳動三天類 。 綜上所述 ， 本文選擇電機(jī)驅(qū)動為機(jī)器人的驅(qū)動方式 。 比較這些驅(qū)動方黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 式的特點(diǎn) ， 從中選出適合移動機(jī)械手的驅(qū)動方式 。 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 。 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 由兩個轉(zhuǎn)動和一個直線移動所組成 ， 即一個回轉(zhuǎn) ， 一個俯仰和一個伸縮 運(yùn)動組成 ， 其工作空間圖形為一個球形 ， 它可以作上下俯仰運(yùn)動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 。但機(jī)體所占空間體積大、靈活性較差 。 下面分別對機(jī)器人的驅(qū)動方式、傳動方式以及機(jī)器人的各零部件材料作一一分析 。 任何一種機(jī)器都是由動力 源 、傳動裝置和 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 組成 。 機(jī)械手的總體方案 本次設(shè)計的機(jī) 械手 主要是用于采摘作業(yè) 。 這些條件就是判斷零件工作能力的準(zhǔn)則 。 2)對零件設(shè)計的基本要求：機(jī)械零件是組成機(jī)器的基本單元 ， 對機(jī)器的設(shè)計要求最終是通過對零件的設(shè)計實(shí)現(xiàn)的 。 其次 ， 對機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性也有一定的 要求 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 第 2章 機(jī)械手設(shè)計方案 機(jī)械手總體方案的設(shè)計 機(jī)械手設(shè)計的總體要求 機(jī) 械手 設(shè)計的總體要求 。 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)在在各個行業(yè)都有機(jī)械手的應(yīng)用 。 針對五自由度機(jī)器 手 的結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行設(shè)計 。 就目前來看 ， 總的來說現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個發(fā)展趨勢： 1)提高運(yùn)動速度和運(yùn)動精度 ， 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 。 驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動力 ， 傳動系統(tǒng)則將驅(qū)動力 轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力電、液或氣動裝置 單關(guān)節(jié)伺服控制器 關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)及其它信息交換計算機(jī) 手部 機(jī) 器 人 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 驅(qū)動 傳動系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 腕部 臂部 基座部（固定或 移動 控制系統(tǒng)（一） 控制系統(tǒng)（二） 驅(qū)動 執(zhí)行 傳動 機(jī)構(gòu) 裝置 智能系統(tǒng) 工作對象 位形檢測 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 矩和運(yùn)動所要求的驅(qū)動力或力矩 。 它們之間的相互關(guān)系如圖 所示 。 圖 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 。 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 。 工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇 。 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 。 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 。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 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、自動化已成為突出的主題 .化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決 .但在機(jī)械工業(yè)中 ， 加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的 .專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法 .但除切削加工本身外 ， 還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè) ， 有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化 .機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用 ， 為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ) 。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： 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（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（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（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。 Small berries。包括 腰部轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié) 、 大臂、 小臂、腕部、末端執(zhí)行器具體結(jié)構(gòu)的 設(shè)計 ，該機(jī)械手具有較好的工作空間、運(yùn)動學(xué)特性 ， 能夠滿足小漿果 采集的 工作要求 ， 在提高工作效率和采摘質(zhì)量的同時 ， 應(yīng)考慮盡量降低 小漿果采集機(jī)械手 的制造成本 ， 提高其通用性 ， 以期實(shí)現(xiàn)小漿果采集 的商業(yè)化。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 水果和蔬菜是人類生活中必不可少的食物 ， 種植面積和產(chǎn)量逐年提高。 分析了機(jī)械手 的組成結(jié)構(gòu)、 各組成部分的功能、工作原理 完成了 采摘機(jī)械手部分的設(shè)計。 Collection Manipulator。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢 ， 但功能較少 ， 適應(yīng)性較差 。 第一類是不需要人工操作的通用機(jī)器人 ， 也即本 文所研究的對象 。 它起源于原子、軍事工業(yè) ， 先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè) ， 后來發(fā)展到用無線電訊號操作機(jī)器人來進(jìn)行探測月球等 。除少數(shù)外 ， 工作程序一般是固定的 ， 因此是專用的 。一般而言 ， 機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動－傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成 ，如圖 所示 。 要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能 ， 機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約 。 驅(qū)動－傳動系統(tǒng)主要包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)和傳動系統(tǒng) 。 機(jī)器人發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高 ， 機(jī)器人設(shè)計生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng) ， 尤其當(dāng)機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合 ， 從而改變目前機(jī)械制造的人工操作狀態(tài) ， 提高了生產(chǎn)效率 。 本機(jī)器 手 為六自由度采摘機(jī)器 手 ， 該機(jī)器手由 機(jī)座、腰部、大臂、小臂、腕部以及末端執(zhí)行器組成 。 機(jī)械手設(shè)計的目的 由于現(xiàn)在政府對農(nóng)業(yè)的重視 ， 越來越多的農(nóng)業(yè)機(jī)械興起 ， 如水稻收割機(jī)、插秧機(jī)等 。 本章小結(jié) 本章對機(jī)器人的發(fā)展趨勢 ， 以及要設(shè)計的機(jī)械手的工作原理 ， 機(jī)械手的組成結(jié)構(gòu) ，進(jìn)行了分析 ， 明確了 機(jī)械手的設(shè)計目的 。 另外 ， 操作使用方便、工作安全可靠、體積小、重量輕、效率高、外型美觀、噪聲低等往往也是機(jī)械設(shè)計時所要求的 。 設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)為合理的功能定位、實(shí)現(xiàn)使用功能要求的最簡單的技術(shù)途徑和最簡單合理的機(jī)械結(jié)構(gòu) 。 這就要求零件在預(yù)定的壽命期限內(nèi)不會產(chǎn)生各種可能的 失效 ， 即要求零件在強(qiáng)度、剛度 ， 振動穩(wěn)定性、耐磨性和溫升等方面必須滿足必要的條件 。 另外要盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化的零部件 。 該機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)包括：機(jī)座（即底部和腰部的固定支撐）、腰關(guān)節(jié)傳動裝置、大臂（即大臂支撐架）結(jié)構(gòu)及大臂傳動裝置、小臂（及小臂支撐架）結(jié)構(gòu)及小臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動裝置、腕部（即腕部支撐架）結(jié)構(gòu)及腕部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動裝置、末端執(zhí)行器 。 傳動裝置則是一種實(shí)現(xiàn)能量傳遞和兼有其它作用的裝置 。 由于直線運(yùn)動易于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制 ， 所以 ， 直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度 。 這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡單 ， 精度一般 ， 常用于搬運(yùn)工作 。 其特點(diǎn)使工作空間范圍大 ， 動作靈活 ，通用性強(qiáng)、能抓取靠進(jìn)機(jī)座的物體 。 驅(qū)動方案的確定 目前機(jī)械手常用的驅(qū)動方式有液壓 驅(qū)動 、氣 壓驅(qū) 動、電動 機(jī)驅(qū)動 等多種方式 ， 各種驅(qū)動方式有其自身的特點(diǎn) ， 在工業(yè)機(jī)器人中液壓和氣壓驅(qū)動應(yīng)用很廣泛 ， 一些機(jī)器人則同時采用多種驅(qū)動方式 ， 這都視不同機(jī)器人的特點(diǎn)和要求所定 。 功率 /質(zhì)量比大 ， 體積小 ， 結(jié)構(gòu)緊湊 ， 密封問題較小 伺服電動機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化 ， 結(jié)構(gòu)性能好 ， 噪聲低 ，電動機(jī)一般需配置減速裝置 ， 除 DD 電動機(jī)外 ，難以直接驅(qū)動 ， 結(jié)構(gòu)緊湊 ， 無密封問題 安全性 防爆性能較好 ， 用液壓油作傳動介質(zhì) ， 在一定條件下有火災(zāi)危險 防爆性能好 ， 高于1000kPa(10 個 大 氣壓 )時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性 設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險 ， 直流有刷電動機(jī)換向時有火花 ， 對環(huán)境的防爆 性能較差 對環(huán)境的影響 液壓系統(tǒng)易漏油 ， 對環(huán)境有污染 排氣時有噪聲 無 在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動 ， 電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和托運(yùn)機(jī)器人 適用于中小負(fù)載驅(qū)動、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人 ， 如沖壓機(jī)器人本體的氣動平衡及裝配機(jī)器人氣動夾具 適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)器人 ， 如 AC 伺服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人等 成本 液壓元件成本較高 成本低 成本高 維修及使用 方便 ， 但油液對環(huán)境溫度有一定要求 方便 較復(fù)雜 機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn) ， 通常對機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 1)驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕 ， 單位質(zhì)量的輸出功率要高 ， 效率也要高； 2)反應(yīng)速度要快 ， 即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大 ， 能夠進(jìn)行頻繁地起、制動 ， 正、反轉(zhuǎn)切換； 3)驅(qū)動盡可能靈活 ， 位移偏差和速度偏差要?。? 4)安全可靠； 5)操作和維護(hù)方便； 6)對環(huán)境無污染 ， 噪聲要?。? 7)經(jīng)濟(jì)上合理 ， 尤其要盡量減少占地面積 。 傳動通常分為兩類 :第一類是機(jī)械能不發(fā)生改變的傳動 — 機(jī)械傳動 ； 另一類是機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑螂娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的傳動— 電傳動 。 當(dāng)主動輪回轉(zhuǎn)時 ， 依帶與帶輪接觸面間的摩擦力拖動從動輪一起回轉(zhuǎn) ， 從而傳遞一定的運(yùn)動和動力 。 鏈輪上制造有特殊齒型的齒 ，依靠鏈輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運(yùn)動和動力 。 鏈傳動主要用在要求工作可靠 ， 且兩軸相距較遠(yuǎn) ， 以及其他不宜采用齒輪傳動的場合 。 蝸桿傳動：蝸桿傳動是一種空間齒輪傳動 ， 能實(shí)現(xiàn)交錯角為 90 度的兩軸間動力和運(yùn)動傳遞 。