【正文】 有 6個自由度既：手抓張合；手腕回轉；手動腕擺；小手臂擺動；大手臂擺動；底座回轉 6個主要運動。 (4)多關節(jié)型機機械手 [1]。因此，機械手的執(zhí)行機構、驅動機構是本次設計的主要任務。其次，它的制作完成一定可以極大的 激發(fā) 同學們對機器人技術的 熱愛， 提高 對機器人技術的濃厚興趣，并吸引更多的同學投入到機器人設計與制作行列中來。機械部分主要是完成機構的設計與零件的加工，而控制部分主要完成的工作的是對六自由度機械手整個的動作流程進行設計，并通過硬件的連接和 對 61 板編寫合適的程序，以實現(xiàn)紅外檢測，電機驅動等功能。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn) 品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程 。 (6)當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 9 (3)工業(yè)機 器人控制系統(tǒng)向基于 PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化 。 機械手的發(fā)展趨勢 (1)工業(yè)機器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機價格不斷下降。它本身又包括動力源、傳動 (減速 )機構、滾輪或連桿機構。 (4 )控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng)，由它來控制動作的順序 (程序 )、位置和時間(甚至速度和加速度 )等 。在電動執(zhí)行裝置中，有直流 (DC)電機、交流(AC)電機、步進電機和直接驅動 (DD)電機等實現(xiàn)旋轉運動的電動機，以及實現(xiàn)直線運動的直線電機。傳動機構根據(jù)結構和原理的不同，有機械傳動機構，包括 :齒輪傳動、絲杠傳動、帶傳動、鏈傳動、連桿傳安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 8 動和凸輪傳動等多種類型，以及液壓傳動機構、氣動傳動機構等。 變結構控制系統(tǒng)的特點是，在動態(tài)控制過程中，系統(tǒng)的結構根據(jù)系統(tǒng)當時的狀態(tài)偏差及其各階導數(shù)的變化，以躍變的方式 按設定的規(guī)律作相應的改變，它是一類特殊的非線性控制系統(tǒng) [3]。 從關節(jié) (或連桿 )角度看，可把工業(yè)機械手的控制器分為單關節(jié) (連桿 ) 控制器和多關節(jié) (連桿 )控制器兩種。機器人控制器的選擇，是由機器人所執(zhí)行的任務決定的。從控制觀點上看，機器人系統(tǒng)代表冗余的，多變量和本質(zhì)上非線性的控制系統(tǒng)，同時又是復雜的耦合動態(tài)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的主要特點在于它的通用性和靈活性。 80 年代，工業(yè)機械手產(chǎn)業(yè)得到了巨大的發(fā)展，應用范圍遍及工業(yè)生產(chǎn)的各個領域。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。 在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械手被稱為工業(yè)機械手。文中 對 機械手 進行了正運動學分析 , 采用齊次坐標變換法得到了 機械手 末端位置和姿態(tài)隨關節(jié)夾角之間的變換關系 ,并 完成了總體機械結計、步進電機選型、蝸輪蝸桿及帶傳動比的確定以及部分重要零件的設計。手臂的尺寸與人手臂的大小相當。該機械手主要由底座，腰部，主板，大手臂，小手臂，手腕，夾爪組成，采用步進電機驅動，單片機控制。該機械手有過載保護以及斷電空間位置的自鎖功能 .可以用于教學演示，或者在有放射性的環(huán)境中完成特定工 作。 the manipulator is driven by stepper motor, and controlled by single chip. The size of the manipulator is equal in the size to the arms of people. Lootion of the manipulator includes: waist turning, big arm swung, small arm swung, wrist swung, wrist rotating, claw fetching. The radius of action is , and the accuracy is 5 mm. It can pick the lightweight object, and put it to the recalculated position. The manipulator has overload protection function, and space position selflock function. This arm can be used in teaching, or in radioactive environments. In this paper, robot kinematic analysis is carried out using homogeneous coordinate transformation method was the end manipulator joint position and attitude with the changing relationship between the angle and stepper motor designing, physical construction designing had been pleted. Keywords: manipulator, six degrees of freedom, stepper motor, locking band. 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 4 目錄 目錄 ???????????????????? ???????????? 4 1 緒論 ???????????????????? ??????????? 6 國內(nèi)機械手 研 狀 ???????????????????? ???? 6 機械手的 構 成??????????????????? ?? ???? 7 機械手的發(fā)展 趨 勢 ? ???????????????????? ? 9 本設計課題的背景和意義 ??????????????????? 9 2 機械手的總體方案設計 ???????????????? ???? ?? 10 機械手基本形式的選擇 ???????????????????? 10 機械手的主要部件及運動 ? ?????????????????? 11 驅動機構的選擇 ???????????????????? ??? 12 傳動機構的選擇 ???????????????????? ??? 12 3 機械手的數(shù)學建模 ???????????????????? ???? 12 機器人數(shù)學基 礎 ???????????????????? ??? 12 機器人的運動學 方程 ? ???????????????????? 13 4 機械手的整體設計計算 ???????????????????? ?? 15 手部設計基本要求 ???????????????????? ?? 15 典型的手部結構 ???????????????????? ?? ? 16 機械手手指的設計計算 ????????????????? ??? 16 選擇手抓的類型和加緊機構 ???????????????? 16 ? ????????????? 16 驅動電機的選擇 ?????????????? ????????? 17 手指張合電機的選擇 ????????????? ?????? 17 手腕電機的選擇 ?????????????????? ??? 19 大手臂擺動電機的選擇 ?????????????????? 19 小手臂擺動電機的選擇 ?????????????????? 20 手腕擺動電機的選擇 ? ??????????? ??????? 20 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 5 底座轉動電機的選擇 ??????????????????? 21 渦輪蝸桿 、 帶輪的選擇及傳動比的確定 ???????????? ? 21 底座電機處渦輪蝸桿的傳動的確定 ????????????? 21 大手臂電機處渦輪蝸桿及帶傳動的確定 ??????????? 22 小手臂電機處渦輪蝸桿及帶傳動的確定 ??????????? 23 手腕 擺動 電機處渦輪蝸桿及帶傳動的確定 ??? ??????? 24 小手臂擺動處 軸的校核 ??????????????????? ? 25 5 總結與展望 ???????????????????? ?? ???? ? 29 謝辭 ???????????????????? ?????????? ? 30 [參考文獻 ] ???????????????????? ???????? 31 附錄一 科技文獻翻譯 ???????????????????? ???? 32 附錄二 畢業(yè)設計任務書 與開題報告 ????????????? ????? 46 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 6 多自由度 機械手機械設計 1 緒 論 機械手 (manipulator)是一種能按給定的程序或要求，自動地完成物體 (材料 、工件、零件或工具等 )傳送或操作作業(yè)的機械裝置，它能部分地代替人來進行繁重、危險、重復等手工作業(yè)。 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備。 國內(nèi)外機械手研究現(xiàn)狀 現(xiàn)代機械手的研究開始于二十世紀中期，其技術背景是計算機和自動化的發(fā)展?，F(xiàn)在的絕大多數(shù)工業(yè)機器人是可編程控的機器人。 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 7 機械手的控制問題是與其運動學和動力學問題密切相關的。 機械手的 控制器具有多種結構形式，包括非伺服控制，伺服控制，位置和速度控制，力 (力矩 )控制，基于傳感器的控制，非線性的控制，分解加速度控制等等。技術水平更高的機器人，具有不同程度的“智能” ，其控制系統(tǒng)能夠借助于傳感信息與周圍環(huán)境交互作用，并根據(jù)獲取的信息，修正系統(tǒng)的狀態(tài)，甚至能夠自主地控制機器人實現(xiàn)控制任 務。近年來，計算機技術的進步，使得變結構控制技術能很方便的實現(xiàn)，并不斷充實和發(fā)展，成為非線性控制的一種簡單而又有效的方法。 (2 )傳動機構 傳動機構主要是起改變物件方位和位置的作用。常用的有 :電動驅動、氣動驅動和液壓驅動三種基本類型。液壓驅動裝置有液壓油缸、液壓馬達等，這些裝置具有體積小、輸出功率大等 特點 。②行走機構是為了擴大機械手的使用空間而設置的。④傳感裝置其中裝有某種傳感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反應手指與物件是否接觸、物體有無滑下或脫落、物件的方位是否正確、手指對物件的握緊力是否與物件的重量相適應等 [11]。國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 (5)虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置 身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。 六自由度機械手設計分為機械部分與控制部分兩大模塊。首先它是我第一次將四年所學知識的第一次綜合運用，無論最初的設計，還是最終的全文完成，對我們來說都是極大的挑戰(zhàn)，開闊了我的視野，豐富了我的經(jīng)驗，提高了我的實際動手的能力。在本章中對機械手的坐標形式、自由度、驅動機構等進行了確定。 ( 3)球坐標 (極坐標 )型機械手 。 這 是 本次畢業(yè)設計課題六自由度 機械手 的整體設計示意圖。 3) 臂部，采用步進電機，通過同步帶來實現(xiàn)手臂的上下擺動。采用電動機構驅動機械手 、 結構安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 12 簡單、尺寸緊湊、設計方便、控制簡單與能綜合運用本科階段所學知識等優(yōu)點。在本次設計中，鑒于手臂傳動中心距較大，傳動要求相對高的精度，故相比較后選擇同步帶進行傳動 [1]。 空間任意一點 P 在不同的坐標系中的描述是不同的， 因此經(jīng)過 不同的坐標變換P點的坐標是不同的。 齊次變換矩陣可分解為平移變換和旋轉變換，即： ( ) ( , )AAB B OT T ran s P R ot k ??? 33() 01AA BOBO IPT r a n s P ???? ???? ? ?,0( , )01AB RkR o t k ?? ??? ???? 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 13 式中 . ()A BOTrans P 為平移變換矩陣， ( , )Rot k ? 為繞過原點的 K軸轉 動 ? 角的旋轉變換矩 陣。根據(jù)齊次變換矩陣的乘法規(guī)則有： 0 0 1 112 nnnT T T T?? 式中， 0nT 表示末端坐標系 ??n 相對于基坐標系 ??0 的位姿 [10]。 典型的手部結構 （ 1） 回轉型