【正文】 手爪回轉(zhuǎn)傳動(dòng)比的分配：總傳動(dòng)比 i總 3 =2，四級(jí)傳動(dòng)，第一級(jí)傳動(dòng)為圓柱齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比 31i =2，第二 級(jí)傳動(dòng)為圓錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比 32i =1，第三級(jí)傳動(dòng)為圓柱直齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比 33i =1，第四級(jí)傳動(dòng)為圓錐齒輪傳動(dòng)， 34i =1. 齒輪尺寸設(shè)計(jì) 手腕回轉(zhuǎn)齒輪尺寸設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的齒輪采用 45 鋼，毛坯鍛造，淬火處理，齒面硬度為 180~190HBS，齒面精度取 IT=7 取 1 16z? ，則 2 3 16 48z ? ? ? 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 擬定傳動(dòng)比 擬定手腕回轉(zhuǎn)總傳動(dòng)比 手腕回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度： 2 6 6 .6 7 /0 .0 3v rsR? ? ? ? 式中： R—— 機(jī)械接口與轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間距離（ m） 實(shí)際轉(zhuǎn)速： 6 0 6 0 6 6 .6 739。 /s 手腕俯仰 180176。 4 腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 4 腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 腕關(guān)節(jié)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 手腕是連接臂部與手部的構(gòu)件，它的主要功能是明確手部的動(dòng)作方向。 328d mm? 齒輪上的圓周力： 2 2 4 4 0 0 2 6 .8 3328TFNd? ?? ? ? 齒輪上的徑向力： ta n 2 2 0 ta n 2 0 9 .7 6oF F N?? ?? ? ? ? 計(jì)算軸的支承反力 : 在水平面上 31 23 9 .7 6 2 5 2 .7 76 3 2 5RH FlFNll? ?? ? ??? 21 9. 76 2. 77 6. 99R H R HF F F N?? ? ? ? ? 在垂直面上 12 2 6 .8 3 1 3 .4 222R V R V FF F N?? ? ? ? 計(jì)算軸刨面 a— a 處彎矩 在水平面上 a— a 刨面左側(cè) 11 29 118 R HM F l N m m? ? ? ? a— a 刨面右側(cè) 2239。36? ? ， 1 2z? ， 2 41z ? ， 2 ?? 蝸桿 齒數(shù) 1 2z? 分度圓直徑 1 80d mm? 齒頂圓直徑 ? ?1 1 12 80 2 8 96aad d h m m m m? ? ? ? ? ? 齒根圓直徑 ? ?1 1 12 80 2 1. 2 8 60 .8ffd d h m m m m? ? ? ? ? ? ? 蝸桿的分度圓導(dǎo)程角 111839。 0 .7 1 9 2 6 8 1 9 2 .7H NH HK M P a M P a??? ? ? ? 設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算中心距： ? ?2 2433 2 160 10 HZZa K T m m m m???? ???? ? ? ? ??? ?????? 取 200a mm? 初選模數(shù)，蝸桿分度圓直徑，分度圓導(dǎo)程角 根據(jù) 200a mm? ， 12 21i ? ，查表取， 8m mm? ， 1 80d mm? ， 111839。 /s，則開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)矩為： TJ??? (34) 式中： T —— 旋轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)矩（ Nm） ? —— 角加速度（ 2/rad s ） 若主軸從 0? = 00s 到 0? =219o s ，所需要的時(shí)間為： 1ts?? 則： 01 1 1 1 . 2 23 0 . 2 5 1 1 5 . 61T J J N mt?? ?? ?? ? ? ? ? ? ?? 考慮到繞機(jī)械手臂部的各個(gè)部分中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及其摩擦力矩，故可假設(shè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 120Nm 電動(dòng)機(jī)的功率可按（ 36）式估算： (1 .5 2 .5 ) L P L Pm MP ??? (35) 式中： mP —— 電動(dòng)機(jī)功率（ W） LPM —— 負(fù)載力矩（ Nm） LP? —— 負(fù)載轉(zhuǎn)速（ /rad s ） ? —— 傳動(dòng)裝置的效率，初步估取 因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)系數(shù)為 ~，綜合考慮取 1 2 0 3 . 8 21 . 5 7 6 40 . 9mP N m?? ? ?, 估算 mP 后可作為選取電機(jī)的依據(jù)，額定功率 rP 應(yīng)該滿足 rmPP? (36) 綜合考慮選取串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) QZD08，其技術(shù)參數(shù)如表 31 所示 表 QZD08 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)參數(shù) 功率（ W） 額 定 電 壓（ V） 額 定 電 流（ A） 額 定 轉(zhuǎn) 速（ r/min） 勵(lì)磁方式 絕緣等級(jí) 工 作制 （ min） 800 24 1750 串勵(lì) B 60 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)由 QZD08 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的 ZA 型單級(jí)閉式蝸桿減速器。 東北林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 3 底座（腰部）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 腰關(guān)節(jié)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 如下圖 31 所示，將所選的電機(jī)安裝在腰部側(cè)面，其輸入軸經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿減 速后，由蝸輪所在的輸出軸帶動(dòng)整個(gè)腰部在基座上回轉(zhuǎn)。 /s 180176。 機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求 自由度數(shù)目： 6 個(gè) 坐標(biāo)形式：多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型 持重（最大伸長(zhǎng)下，最高速度下）： 5Kg 最大活動(dòng)半徑： 1800mm 最大工作速度： 2m/s 每個(gè)關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)范圍以及最大的工作轉(zhuǎn)速要求如下表 21 所示 表 21 回轉(zhuǎn)范圍及工作轉(zhuǎn)速要求 動(dòng)作范圍 腰部回轉(zhuǎn) 肩部俯仰 肘部俯仰 手腕回轉(zhuǎn) 手腕俯仰 手爪回轉(zhuǎn) 回轉(zhuǎn)范圍 工作轉(zhuǎn)速 360176。 腕部也有很多種結(jié)構(gòu)形式，三自由度手腕通常有如下 4 種形式，如圖 22 所示 東北林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 22 三自由度手腕結(jié)構(gòu) 以上四種手腕結(jié)構(gòu)均為三個(gè)自由度，其中 B 代表彎曲結(jié)構(gòu)，表示腕關(guān)節(jié)的臨近的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的軸線在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的 角度相互變化。為設(shè)計(jì)通用性較高的搬運(yùn)機(jī)械手，故采用 6 個(gè)自由度，便于產(chǎn)品更換，增加柔性，滿足多數(shù)非特殊情況的要求。同時(shí)擴(kuò)大它的適用范圍。 還有其他的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，即液體、氣體或電液混合驅(qū)動(dòng)。 （ 3）電氣驅(qū)動(dòng)式 電機(jī)驅(qū)動(dòng)是機(jī)械手應(yīng)用最為廣泛飛一種驅(qū)動(dòng)形式。要使機(jī)械手滿足能夠準(zhǔn)確地工作的條件，就需要臂部的 3 個(gè)自由度準(zhǔn)確地定位 [10]。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以分為腕部、手臂、底座 [9]； （ 1）手部 手部安裝在手臂的前端。器件的集 成化水平提升，控制柜漸漸變得精簡(jiǎn)，選用模塊化的結(jié)構(gòu)，可很大程度上提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、操作性以及維修性。生產(chǎn)環(huán)境的改善以及操作環(huán)境的靈活化以及控制系統(tǒng)的智能化等方面 [7]。目前第二代的機(jī)械手正在積極研究制造。這個(gè)球坐標(biāo)機(jī)械手后，在許多研究和發(fā)展的基礎(chǔ)。 機(jī)械手的發(fā)展史 機(jī)械手是建立在機(jī)械化，自動(dòng)化制造程序中自然而然地研制起來(lái)的一種新興設(shè)備。 為了防止機(jī)器人危害人類安全的事故發(fā)生，科幻小說(shuō)作者阿西莫夫（ ）在 1940 年擬定了 機(jī)器人三原則” [2]，內(nèi)容如下： (1） 機(jī)器人不應(yīng)傷害人類 或由于故障使人遭受不幸 ； (2） 機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外； (3)機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條 或第二條 相抵觸者除外。 關(guān)鍵詞 六自由度；機(jī)械手；搬運(yùn) Six degrees of freedom manipulator structure design Abstract The manipulator has six degrees of freedom, in order to meet the end effector can reach the arbitrary position of the working range. The driving mode is driven by motor, easy to control, fast response and strong driving force.. Gripper driven by pressed air, gripper with installation and disassembly fingers, through the replacement of different fixtures can clip more target parts, increasing the manipulator clamping range. At present, there are many kinds of mechanical hand in the production and life, the main purpose of this design is to optimize the structure of the manipulator, so that the structure of the layout is reasonable and pact. Since the mechanism is six DOF Manipulator, six DC servo motor is used for driving.. The design of the six motors for a reasonable layout, as far as possible the distribution of the manipulator, and to avoid the interference of parts. At the same time to ensure the main performance of the manipulator and its amount increases the range of sound. The design of the standard as well as the use of mass production parts, such as plaary reducer, the reducer, such as the reducer, so that it can reduce the production costs for mass production. The design of the six degree of freedom manipulator can be applied to dangerous environment, industrial production line operations, for most parts of the grab and handling. It can replace the person to plete a number of boring single or dangerous work, while improving working efficiency, reduce production costs. With the gradual development of the level of industrial automation, the design of six degrees of freedom manipulator will have broad application prospects. Keywords Six degree of freedom。 目前機(jī)械手在生產(chǎn)生活中的種類繁多，本次設(shè)計(jì)的主要目的是優(yōu)化機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)布局合理緊湊。由于該機(jī)構(gòu)為六自由度機(jī)械手，故采用六個(gè)直流伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 manipulator。 它的建議為機(jī)器人的研究制造劃定了倫理方面的準(zhǔn)則。它是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)極其重要的分支。 1962年，美國(guó)機(jī)械制造公司同樣成功研究制造了一臺(tái)名為 Vewrsatran 的機(jī)械手 [5]。它設(shè)有微型電子的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它裝有一個(gè)微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，即視覺(jué)能力，觸覺(jué)和其他類似的模擬，即使是傾聽(tīng)和思考的能力。 機(jī)械手代表了先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及自動(dòng)化設(shè)備綜合應(yīng)用的經(jīng)典表現(xiàn)。 (4)在機(jī)械手中的傳感器的作用變得越來(lái)越重要，除了選用經(jīng)典的位移、速度、加速度等傳感器外，還將視覺(jué)、力覺(jué)、聲覺(jué)、觸覺(jué)等多種傳感器融合在產(chǎn)品化系統(tǒng)中。手部安裝在手臂的前端。 （ 3）底座 底座是安裝臂部、動(dòng)力裝置（電機(jī)或液壓氣動(dòng)）以及各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支 架。它的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)為電源來(lái)源廣泛，反應(yīng)速度較快，具有較大的驅(qū)動(dòng)力，關(guān)節(jié)型的機(jī)械手持重可以達(dá)到 400kg，信號(hào)的檢測(cè)、傳輸以及處理相對(duì)快捷，而且可以運(yùn)用多種綜合的控制方式 [13]。 控制系統(tǒng) 機(jī)械手的控制主要包含行動(dòng)的順序、軌道位置、控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度和其加減速度等。設(shè)計(jì)的機(jī)械手采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，選用六個(gè)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的六個(gè)自由度。 手臂作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)中最為重要的運(yùn)動(dòng)部件，其作用為支撐腕部以及末端執(zhí)行器（手爪），使它們可以在工作范圍內(nèi)完成指定動(dòng)作。