【正文】 ize 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(xué)院 畢業(yè)設(shè)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(gòu) 成??????????????????? ?? ???? 7 機械手的發(fā)展 趨 勢 ? ???????????????????? ? 9 本設(shè)計課題的背景和意義 ??????????????????? 9 2 機械手的總體方案設(shè)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(qū)動機構(gòu)的選擇 ???????????????????? ??? 12 傳動機構(gòu)的選擇 ???????????????????? ??? 12 3 機械手的數(shù)學(xué)建模 ???????????????????? ???? 12 機器人數(shù)學(xué)基 礎(chǔ) ???????????????????? ??? 12 機器人的運動學(xué) 方程 ? ???????????????????? 13 4 機械手的整體設(shè)計計算 ???????????????????? ?? 15 手部設(shè)計基本要求 ???????????????????? ?? 15 典型的手部結(jié)構(gòu) ???????????????????? ?? ? 16 機械手手指的設(shè)計計算 ????????????????? ??? 16 選擇手抓的類型和加緊機構(gòu) ???????????????? 16 ? ????????????? 16 驅(qū)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(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 底座轉(zhuǎn)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(jié)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(shè)計任務(wù)書 與開題報告 ????????????? ????? 46 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 多自由度 機械手機械設(shè)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(fù)等手工作業(yè)。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(qū)動，單片機控制。文中 對 機械手 進行了正運動學(xué)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(guān)節(jié)夾角之間的變換關(guān)系 ,并 完成了總體機械結(jié)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(shè)計。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。這種系統(tǒng)的主要特點在于它的通用性和靈活性。機器人控制器的選擇，是由機器人所執(zhí)行的任務(wù)決定的。 變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的特點是，在動態(tài)控制過程中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)當時的狀態(tài)偏差及其各階導(dǎo)數(shù)的變化，以躍變的方式 按設(shè)定的規(guī)律作相應(yīng)的改變，它是一類特殊的非線性控制系統(tǒng) [3]。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(qū)動 (DD)電機等實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的電動機，以及實現(xiàn)直線運動的直線電機。它本身又包括動力源、傳動 (減速 )機構(gòu)、滾輪或連桿機構(gòu)。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)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(luò)化 。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn) 品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程 。其次，它的制作完成一定可以極大的 激發(fā) 同學(xué)們對機器人技術(shù)的 熱愛， 提高 對機器人技術(shù)的濃厚興趣，并吸引更多的同學(xué)投入到機器人設(shè)計與制作行列中來。 (4)多關(guān)節(jié)型機機械手 [1]。 4) 機身，采用一個步進電機和一對蝸輪蝸桿機構(gòu)來實現(xiàn)底座的回轉(zhuǎn)運動。 3 機械手的數(shù)學(xué)模型 機器人的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 為了描述機器人本身各連桿之間、機器人和環(huán)境之間的運動關(guān)系，通常將它們當成剛體， 進而 研究各剛體之間的運動關(guān)系。 機器人的運動學(xué)方程 本文研究的機械手是具有 6個自由度的空間開鏈機構(gòu)，它由一系列連桿通過轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)串聯(lián)而成，關(guān)節(jié)的相對轉(zhuǎn)動導(dǎo)致連桿的運動。 （ 2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復(fù)運動。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在電機的驅(qū)動力的作用下機械手手抓實現(xiàn)張開和閉和 [5] 。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 小手臂擺動電機的選擇 初步估計小手臂重量為 3Kg,設(shè)擺動速度為 3r/min 則小手臂折算到中軸上的轉(zhuǎn)動慣量為 2 22. 3 .2lJ m K g m??? ? ? ????? ? 小手臂折算到中軸上的轉(zhuǎn)動慣量為： 2 2 3 .1 40 .0 9 7 2 0 .0 3 .20T J W J N mT? ?? ? ? ? ? ? 小手臂擺動電機的最大靜轉(zhuǎn)矩為 m a x . 2 . 5 0 . 0 3 0 . 1 0 7 .0 . 7j KTT N m? ?? ? ? ? 選用常州寶馬集團前楊電機電器有限公司的 45BF003 型電機 其最大靜轉(zhuǎn)矩為 maxjT = ，能夠滿足機構(gòu)的要求 [7]。i =30 1i = ? 帶輪的主動論轉(zhuǎn)速為 1n =3r/min 由式 1160dnV ?? V 一般在 5—— 25m/s 取 V=20m/s ?1 60 20 4 3d ???? 查表得：選帶輪為 Y 型帶 1d =20 又 2i =1 2 20d?? ? ? ? ?1 2 0 1 20 . 7 2d d a d d? ? ? ? ? 取 ? ?0 1 21 .5 6 0a d d? ? ? ? V 帶基準長度 ? ? ? ? 2210 0 1 202 1 8 2 .824 ddL a d d a? ?? ? ? ? ? 查表得： 取 dL =200 ? 00 ?? ? ? [8] 手腕擺動電機處蝸輪蝸桿、帶傳動比的確定 由手腕擺動處選用電機為 36BF003 型可得，運行頻率為 f=27000HZ ? mn =又 sn =5r/min ? 總傳動比 i= msnn = 又 大手臂擺動電機確定的一級帶輪傳動比為 1i = 小手臂擺動電機確定的二級帶輪傳動比為 2i =1 取三級傳動比為 3i =1 ? 蝸輪蝸桿的傳動比為 39。 3) 通過對各個典型機構(gòu)的設(shè)計，充分的理解和掌握了機械設(shè)計方面的知識，并且也對專業(yè)上的智能控制和誤差控制方面有了更加深刻的認識。 黃 老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查 答辯 ，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。 最后感謝 機械與電氣工程學(xué) 院和我的母校 —安徽建筑工業(yè)學(xué)院 四年來對我的大力栽培。 and a separate arm control system puter that performs inverse kinematic transformations and jointlevel servicing. Each of these systems has its own sampling rate, noise characteristics, and processing delays, which need to be integrated to achieve smooth and stable realtime performance. In our case, this involves overing visual processing noise and delays with a predictive filter based upon a probabilistic analysis of the system noise characteristics. In addition, realtime arm control needs to be able to operate at fast servo rates regardless of whether new 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 predictions of object position are available. The system consists of two fixed cameras that can image a scene containing a moving object (Fig. 1). A PUMA560 with a parallel jaw gripper attached is used to track and pick up the object as it moves (Fig. 2). The system operates as follows: 1) The imaging system performs a stereoscopic opticflow calculation at each pixel in the image. From these opticflow fields, a motion energy profile is obtained that forms the basis for a triangulation that can recover the 3D position of a moving object at video rates. 2) The 3D po