【正文】 天津理工大學大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 31 參考文獻 [1] 郭洪紅，賀繼林，田宏宇等 . 工業(yè)機器人 . 西安：西安電子科技大學出版社， 2021 [2] 車仁煒，呂廣明，孫立寧 . 五自由度康復(fù)機械手臂的設(shè)計 [J]. 機械設(shè)計 . 2021， (4) [3] 蔡自興 . 機器人學 . 北京：清華大學出版社， 2021 [4] 鄒湘軍 . 機械產(chǎn)品的三維動態(tài)圖形模擬研究 [J]. 計算機仿真， 2021， (18) [5] 張玉蓮，談國華 . 三維實體造型概述 [J]. 電子機械工程， 2021， (3) [6] 梁喜鳳，王永為 . 番茄收獲機械手機構(gòu)型綜合研究 [J]. 農(nóng)機化研究， 2021， (3) [7] 梁喜鳳，王永維，苗香雯 . 番茄收獲機械手避障運動規(guī) [J]. 農(nóng)業(yè)機械學報 . 2021， (12) [8] 梁喜鳳，苗香雯，崔紹榮 . 果實采摘機械手機構(gòu)設(shè)計與工作性能分析 [J]. 農(nóng)機化研究， 2021， (2) [9] 梁喜鳳，王永維，苗香雯等 . 番茄收獲機械手工作空間分析與仿真 [J]. 浙江大學學報 (農(nóng)業(yè)與生命 科學版 )， 2021， (15) [10] 王艷，錢月霞 . 基于 Matlab 技術(shù)的 4RP(RR)R 并聯(lián)機構(gòu)的運動仿真 [J]. 硅谷科技，2021， (3) [11] 段萍 . 移動機械手運動目標檢測與跟蹤技術(shù)研究 [D]. 河北：河北工業(yè)大學， 2021 [12] 袁劍雄，劉芳輝 . 普通圓柱齒輪強度計算中小齒輪齒數(shù)計算的取值法 [J]. 哈爾濱理工大學學報， 1998， (4) [13] 王敏杰 . 四自由度工業(yè)裝夾機械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計與分析 [J]. 機電信息， 2021， (2) [14] 呂曉龍 . 移動機械手平臺系統(tǒng)設(shè)計 [D]. 哈爾濱 ：哈爾濱工業(yè)大學， 2021 [15] 侯國慶 . 移動機器人行走系統(tǒng)的運動學分析和穩(wěn)定性研究 [D]. 河北：河北工業(yè)大學， 2021 [16] 戎輝 . 移動機械手的分層控制結(jié)構(gòu)及其協(xié)調(diào)控制方法研究 [D]. 河 北：河北工業(yè)大學， 2021 [17] 李斌 . 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動機械手運動學分析 [D]. 河北：河北工業(yè)大學， 2021 [18] 趙山杉 . 移動機械手運動學和動力學分析及仿真 [D]. 河北：燕山大學， 2021 [19] 張瑞波 . 用于多源信息融合的移動機械手環(huán)境感知方法研究 [D]. 北京：北京科技大學， 2021 [20] 陳雷 . 自由度機械手的運動學和動力學分析 [D]. 河北：河北工業(yè)大學， 2021 [21] 梁喜鳳 . 番茄收獲機械手機構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計研究 [D]. 浙江：浙江大學， 2021 [22] singulariries of redundant robot international journal of robotics researeh， 1990， 9(1):113 一 121 [23] systems for the design of robot mechanisms?Advanccs roboties， 1990， 4(4):399 一 410 天津理工大學大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 32 [24] TaroT’Takahashi， Atsuo speed numerical caleulation method for on 一line inverse kinematies of robot maniPulator,Industrial Electronics Soeiety ，’99 Proceedings of The 25th Annual Conferenee of theIEEE， 1:436 一 441 天津理工大學大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 33 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計是在導(dǎo)師段萍教授的精心指導(dǎo)下完成的。本設(shè)計全部采用了圓錐齒輪傳動，通過五對錐齒輪的嚙合來實現(xiàn)腰部、手腕 360 度回轉(zhuǎn)，大臂 90 度、小臂 120 度、末端執(zhí)行裝置 90 度的上下轉(zhuǎn)動。 2 θ2 d2=300 a2=l2=300 α2=0176。 （ 4）將軸繞軸旋轉(zhuǎn)，使得軸與軸對準（ 如圖 中（ f）所示）。通常，只有和 D 是關(guān)節(jié)變量。根據(jù)以面介紹的方法可考慮一般特殊情況的坐標系。以這樣的方式可使我們很快地定義出所有關(guān)節(jié)的 z 軸。連桿以相同方式表示，連桿 n 位于關(guān)節(jié) n1 與 n+1 之間，連桿 n+1 位于關(guān)節(jié) n 與n+2 之間。連桿的尺寸任意（長度可以為零），它可以被彎曲或扭曲，空間中任意位置可以實現(xiàn)。= (N) 軸承壽命 10L =1033868710000 (10^6 轉(zhuǎn) ) 軸承壽命 HL =1343780805 (h) 修正的額定壽命 naL =1033868710000 (h) 最大工作轉(zhuǎn)速 10nmax ? (r/min) 壽命系數(shù) E= 驗算結(jié)果 Test=合格 其它關(guān)節(jié)采取與 1）類似方法與步驟進行軸和軸承的驗算。按照公式（ 33），初步最小軸徑 10mm，初步定最小軸徑 12mm，為與聯(lián)軸器連接處直徑。按照公式（ 32）得出 d=26mm，該安裝聯(lián)軸器處軸徑最低要求，初選最小軸徑 12mm，根據(jù)轉(zhuǎn)矩和孔徑要求選擇 mikipule 廠家生產(chǎn)的伺服電機，型號為 SFC040DA2。選用一般軟齒面齒輪可滿足要求，需小齒輪的硬度比大齒輪大 HBS50~30 。 天津理工大學大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 錐齒輪傳動，其軸交角 ? 可根據(jù)傳動要求任意選擇，一般為 90 度。/s 大臂擺動關(guān)節(jié) RE 35 φ35mm 90w 行星輪齒輪箱 GP42C 72176。需在大臂關(guān)節(jié)的電機上加上制動器，在機械手運動前使制動器掉電失去作用，當機械手回到零位時，先給制動器上電，然后再關(guān)閉機械手電源。 電動機的功率按一下公式估算： ? LPLPM MP ???? )~( (31) 式中： MP ——電動機功率 W LPM ——負載力矩 mmN? LP? ——負載轉(zhuǎn)速 sRad/ ?——傳動裝置的效率，初步估計 ?? 。從人類身體特點出發(fā)，根據(jù)解刨學可知，人手臂中小臂和大臂長度分別是人身高 的 倍和 倍。步進電機不能用于正、反轉(zhuǎn)頻繁操作的場合，且其啟動和制動性能差，同時不能實行閉環(huán)控制，缺乏反饋作用，因此也不選用。的旋轉(zhuǎn)，無波動回轉(zhuǎn)；要求 肩、肘關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動可以實現(xiàn)整個手臂的上下或左右的直線運動，同時滿足在整個機器人靜止的情況下，不改變手臂的方向和位置，實現(xiàn)正確繞過障礙物和調(diào)整手臂的無效位置，使手臂運動具有較高靈活。發(fā)展至今，多關(guān)節(jié)機器人的關(guān)節(jié)數(shù)量由傳統(tǒng)的三個發(fā)展到十幾個甚至更多，其外形多種多樣，可根據(jù)實際工作需求來改變，它的優(yōu)點顯而易見。缺點是手臂可以達到的空間會受到一定的限制，不能達到近地面空間；尤其是直線驅(qū)動密封性差，工作時，手臂后端會碰到工作范圍內(nèi)其它物體，容易出現(xiàn)危險事故。針對這一現(xiàn)狀，本文主要為化學危險反應(yīng)器泄露檢測和修補領(lǐng)域設(shè)計，作一課題，設(shè)計一款可以代替人操作的機械手。 國外技術(shù)發(fā)展的比較早，也比較完善，尤其在與機器人領(lǐng)域技，逐步進入高端領(lǐng)域。機械手出現(xiàn)于上世紀，是由國外機床、汽車等制造業(yè)的發(fā)展而興起的。 16 機械手各臂及支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 主要技術(shù)參數(shù)的確定 4 移動機械手 的結(jié)構(gòu)形式選擇 當下對機器人領(lǐng)域研究提出了新一代的技術(shù)要求：包括性能、質(zhì)量、生產(chǎn)效率、工作條件以及后期的產(chǎn)品換代升級等方面。要求機械手在原代替 工人繁重體力勞動和有害環(huán)境下操作的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化、自動化、精密化和產(chǎn)量化，具有節(jié)能環(huán)保，使用壽命長，外形設(shè)計美觀合理和能后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量升級換代的特點，并廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、醫(yī)療和能源等領(lǐng)域。 1 課題研究的意義 15 執(zhí)行器擺動關(guān)節(jié)設(shè)計 25 天津理工大學大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 連桿參數(shù)及連桿坐標系的建立 最早為一家美國汽車公司為了發(fā)展需要，需要減少勞動力經(jīng)濟支出，安裝了一條零件加工自動線，專門用于解決自動線、自動機的上下料及工件的傳送，采用了為自動機、自動線的附屬裝置機械手來代替。發(fā)展到如今具有如下幾個趨勢： 天津理工大學大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 2 、高精度、高可靠性、便于操作和維修方向發(fā)展，同時單機價格逐漸降低，普及化程度加大。設(shè)計產(chǎn)品分別給底座的運動裝置和執(zhí)行器安裝架上安裝相應(yīng)的感應(yīng)元件和測量裝置，用于監(jiān)控化學反應(yīng)物可能泄露的地點，移動中通過控制平臺控制下的移動裝置和機械手各關(guān)節(jié)運動來實現(xiàn)相關(guān)操作，從而達到設(shè)計的目的。如圖 所示 （ 3） 球坐標型機器人： 由一個移動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度組成 。如圖 所示 圖 Articulated coordinate system 在充分考慮了移動機器人機械手的工作環(huán)境和驅(qū)動特點條件下，結(jié)合控制裝置、密 天津理工大學大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 6 封條件、工作空間、精度和經(jīng)濟性等因素，最終選擇關(guān)節(jié)型坐標結(jié)構(gòu)的機器人。手腕部位關(guān)節(jié)的三個自由度能同時操作，運動相互獨立，不發(fā)生干涉。而交流伺服電機通常功率較大，常用于高速運動。類比人體結(jié)構(gòu)參數(shù)，在結(jié)合相關(guān)機器人的運動參數(shù)和優(yōu)化結(jié)果、工作環(huán)境的需要，定出該移動機械手的結(jié)構(gòu)參數(shù)與運動參數(shù)如下： （ 1）結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù) : 腰部回轉(zhuǎn)半徑 1a ： 80mm 大臂長 2a :300mm 中臂加小臂長 3a :360mm （ 2） 運動參數(shù) : 最高角速度按公式 LVW? 計算，其中 W 角速度， V 為線速度， L 為臂的長度； 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 1: 0360~0 ，最高角速度 120176。 最終以 MPP? 為準則，由功率守恒和能量守恒定律公式計算，最后把所有參數(shù)折算到電機軸上，確定電機型號和功率大小。而其他關(guān)節(jié)在掉電后都能處于平衡位置，故不予考慮。/s 小臂擺動關(guān)節(jié) RE 25 φ25mm 60w 行星輪齒輪箱GP32A 180176。具有安裝靈活性大、簡單、傳動平穩(wěn)、承載力強等優(yōu)點。 天津理工大學大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 12 小齒輪： 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 HBS255~230 ，選取 HBS230 ； 大齒輪： 45 鋼，正火處理，硬度為 1 HBS217~190 ，選取 HBS200 。聯(lián)軸器與 軸配合長度 12mm。按照 a）中設(shè)計軸結(jié)構(gòu)步驟，根據(jù)轉(zhuǎn)矩和孔徑要求選擇 mikipule 廠家生產(chǎn)的伺服電機，型號為 SFC025DA2。 天津理工大學大學中環(huán)信息學院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 22 第四章 基于 Pro/ENGINEER 的模型建立與運動分析 Pro/ENGINEER 軟件是美國 PTC 公司基于單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、特征、全相關(guān)及工程數(shù)據(jù)再利用等概念的基礎(chǔ)上，開發(fā)出來的一款包括 CAD/CAE/CAM 強大功能的的三維繪圖軟件。所以任何一組關(guān)節(jié)和連桿的組合都可以構(gòu)成一個我們想要建模和表示的模型。 因此，對于每個關(guān)節(jié)，都必須指定一個 z 軸和 x 軸，通常并不需要指定 y 軸，因為y 軸總是垂直于 x 軸和 z 軸的。對于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，繞 z 軸的旋轉(zhuǎn)（角）即關(guān)節(jié)變量。 如果兩個關(guān)節(jié)的 z 軸平行，那么它們之間就有無數(shù)條公垂線。 接下來的工作就是將一個參考坐標系 變換到另一個參考坐標系中。這時坐標系 n 和 n+1完全相同（如圖 中（ g）所示）。 3 θ3 d3=0 a3=l3=200 α3=90176。固定裝置為鋁合金的架子，具有