【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(jì)（論文） 4 目錄 目錄 ???????????????????? ???????????? 4 1 緒論 ???????????????????? ??????????? 6 國內(nèi)機(jī)械手 研 狀 ???????????????????? ???? 6 機(jī)械手的 構(gòu) 成??????????????????? ?? ???? 7 機(jī)械手的發(fā)展 趨 勢 ? ???????????????????? ? 9 本設(shè)計(jì)課題的背景和意義 ??????????????????? 9 2 機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì) ???????????????? ???? ?? 10 機(jī)械手基本形式的選擇 ???????????????????? 10 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) ? ?????????????????? 11 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 ???????????????????? ??? 12 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 ???????????????????? ??? 12 3 機(jī)械手的數(shù)學(xué)建模 ???????????????????? ???? 12 機(jī)器人數(shù)學(xué)基 礎(chǔ) ???????????????????? ??? 12 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué) 方程 ? ???????????????????? 13 4 機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)計(jì)算 ???????????????????? ?? 15 手部設(shè)計(jì)基本要求 ???????????????????? ?? 15 典型的手部結(jié)構(gòu) ???????????????????? ?? ? 16 機(jī)械手手指的設(shè)計(jì)計(jì)算 ????????????????? ??? 16 選擇手抓的類型和加緊機(jī)構(gòu) ???????????????? 16 ? ????????????? 16 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 ?????????????? ????????? 17 手指張合電機(jī)的選擇 ????????????? ?????? 17 手腕電機(jī)的選擇 ?????????????????? ??? 19 大手臂擺動(dòng)電機(jī)的選擇 ?????????????????? 19 小手臂擺動(dòng)電機(jī)的選擇 ?????????????????? 20 手腕擺動(dòng)電機(jī)的選擇 ? ??????????? ??????? 20 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 底座轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的選擇 ??????????????????? 21 渦輪蝸桿 、 帶輪的選擇及傳動(dòng)比的確定 ???????????? ? 21 底座電機(jī)處渦輪蝸桿的傳動(dòng)的確定 ????????????? 21 大手臂電機(jī)處渦輪蝸桿及帶傳動(dòng)的確定 ??????????? 22 小手臂電機(jī)處渦輪蝸桿及帶傳動(dòng)的確定 ??????????? 23 手腕 擺動(dòng) 電機(jī)處渦輪蝸桿及帶傳動(dòng)的確定 ??? ??????? 24 小手臂擺動(dòng)處 軸的校核 ??????????????????? ? 25 5 總結(jié)與展望 ???????????????????? ?? ???? ? 29 謝辭 ???????????????????? ?????????? ? 30 [參考文獻(xiàn) ] ???????????????????? ???????? 31 附錄一 科技文獻(xiàn)翻譯 ???????????????????? ???? 32 附錄二 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 與開題報(bào)告 ????????????? ????? 46 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 多自由度 機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì) 1 緒 論 機(jī)械手 (manipulator)是一種能按給定的程序或要求，自動(dòng)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(jī)械裝置，它能部分地代替人來進(jìn)行繁重、危險(xiǎn)、重復(fù)等手工作業(yè)。該機(jī)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)控制。文中 對 機(jī)械手 進(jìn)行了正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 , 采用齊次坐標(biāo)變換法得到了 機(jī)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(jī)械結(jié)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)選型、蝸輪蝸桿及帶傳動(dòng)比的確定以及部分重要零件的設(shè)計(jì)。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。這種系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在于它的通用性和靈活性。機(jī)器人控制器的選擇，是由機(jī)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(diǎn)是，在動(dòng)態(tài)控制過程中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時(shí)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(dòng)執(zhí)行裝置中，有直流 (DC)電機(jī)、交流(AC)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和直接驅(qū)動(dòng) (DD)電機(jī)等實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，以及實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的直線電機(jī)。它本身又包括動(dòng)力源、傳動(dòng) (減速 )機(jī)構(gòu)、滾輪或連桿機(jī)構(gòu)。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 (3)工業(yè)機(jī) 器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(jī)器人技術(shù)的 熱愛， 提高 對機(jī)器人技術(shù)的濃厚興趣，并吸引更多的同學(xué)投入到機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作行列中來。 (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手 [1]。 4) 機(jī)身，采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)和一對蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)底座的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 3 機(jī)械手的數(shù)學(xué)模型 機(jī)器人的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 為了描述機(jī)器人本身各連桿之間、機(jī)器人和環(huán)境之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，通常將它們當(dāng)成剛體， 進(jìn)而 研究各剛體之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 本文研究的機(jī)械手是具有 6個(gè)自由度的空間開鏈機(jī)構(gòu)，它由一系列連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成，關(guān)節(jié)的相對轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致連桿的運(yùn)動(dòng)。 （ 2） 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力的作用下機(jī)械手手抓實(shí)現(xiàn)張開和閉和 [5] 。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 小手臂擺動(dòng)電機(jī)的選擇 初步估計(jì)小手臂重量為 3Kg,設(shè)擺動(dòng)速度為 3r/min 則小手臂折算到中軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2 22. 3 .2lJ m K g m??? ? ? ????? ? 小手臂折算到中軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)電機(jī)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(tuán)前楊電機(jī)電器有限公司的 45BF003 型電機(jī) 其最大靜轉(zhuǎn)矩為 maxjT = ，能夠滿足機(jī)構(gòu)的要求 [7]。i =30 1i = ? 帶輪的主動(dòng)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(zhǔn)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(dòng)電機(jī)處蝸輪蝸桿、帶傳動(dòng)比的確定 由手腕擺動(dòng)處選用電機(jī)為 36BF003 型可得，運(yùn)行頻率為 f=27000HZ ? mn =又 sn =5r/min ? 總傳動(dòng)比 i= msnn = 又 大手臂擺動(dòng)電機(jī)確定的一級(jí)帶輪傳動(dòng)比為 1i = 小手臂擺動(dòng)電機(jī)確定的二級(jí)帶輪傳動(dòng)比為 2i =1 取三級(jí)傳動(dòng)比為 3i =1 ? 蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比為 39。 3) 通過對各個(gè)典型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，充分的理解和掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，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(rèn)識(shí)。 黃 老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查 答辯 ，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。 最后感謝 機(jī)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(jì)（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