【正文】 寸 (c) 減少回轉(zhuǎn)半徑 (d) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置(3)手臂動(dòng)作應(yīng)靈活。它的作用是支承手部，并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng)。由于聚甲醛的耐摩擦性好，而機(jī)器人移動(dòng)速度慢，從摩擦的角度來(lái)說(shuō)，聚甲醛也是理想的支撐件材料。手部要抓取的物體重量為3Kg。由于它相對(duì)密度小,因此其強(qiáng)度高。本文設(shè)計(jì)的手指材料也選用同樣的鋁合金。那么齒輪所受的圓周力 （34）對(duì)于齒輪的校核將從兩方面來(lái)計(jì)算：1) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為； （35）式中： 為區(qū)域系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)直齒輪=； K為載荷系數(shù)，此處取K=； 為彈性影響系數(shù)，查得=188； 為接觸疲勞許用應(yīng)力 （36）其中： 為接觸疲勞壽命系數(shù)，取=； 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限，查得=550； S為安全系數(shù)，取S=1。對(duì)于強(qiáng)度、速度和精度要求不高的齒輪傳動(dòng)，可以采用軟齒面齒輪。 (4)要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證自身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。(e) 給機(jī)器人暫時(shí)未能夠裝配的傳感器、功能元件等預(yù)留安裝位置，以備將來(lái)能改進(jìn)與擴(kuò)展。 機(jī)械臂的抓取重量為3kg，抓取對(duì)象為直徑40mm、長(zhǎng)度360mm的圓柱體。： 機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)1. 手部關(guān)節(jié) 機(jī)械臂設(shè)計(jì)的主要參數(shù) 臂長(zhǎng)的確定 加拿大西蒙弗雷澤大學(xué)的高峰等人根據(jù)人體手臂和腿部的機(jī)構(gòu)組成，提出了尺寸綜合的三動(dòng)桿原理[19]，作為機(jī)械手機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)要求：機(jī)械臂折疊時(shí)總長(zhǎng)≤650mm，單臂桿轉(zhuǎn)動(dòng)范圍:150176。結(jié)合當(dāng)前小型移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展，而進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，要求結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，以提高機(jī)器人臂桿系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能。(7)高性能計(jì)算技術(shù)。該技術(shù)主要涉及到視覺(jué)信息的實(shí)時(shí)采集、預(yù)處理、特征提取和模式識(shí)別。但大多數(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)階段，而輪式機(jī)器人由于其控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定和能源利用率高等特點(diǎn)，正在向?qū)嵱没杆侔l(fā)展。導(dǎo)游機(jī)器人由蓄電池供電，可連續(xù)運(yùn)行4h，在一定環(huán)境下可自主行走，并可進(jìn)行避障，并通過(guò)語(yǔ)啟一系統(tǒng)可以進(jìn)行人機(jī)交互。車(chē)體采用道奇7座廂式車(chē)改裝，裝備有彩色攝像機(jī)和激光測(cè)距儀組成的道路與障礙物檢測(cè)系統(tǒng)。機(jī)械手完成整個(gè)操作過(guò)程必須借助1臺(tái)黑白或彩色電視顯示器，顯示車(chē)上3個(gè)攝像機(jī)獲得的監(jiān)視駕駛、機(jī)械臂控制和夾爪操作的圖像。西班牙羅斯進(jìn)入90年代，隨著技術(shù)的進(jìn)步，移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂開(kāi)始在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上開(kāi)拓各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，向?qū)嵱没M(jìn)軍。通過(guò)對(duì)小型移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂系統(tǒng)研制，在整體系統(tǒng)的各個(gè)方面積累了比較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，相信經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展和改進(jìn)移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂將走向成熟和實(shí)用化。除偵察外，微小型機(jī)器人搭載微小型武器系統(tǒng)還可完成諸如掃雷、排除爆炸物、控制武器射擊等各項(xiàng)任務(wù)，而且不會(huì)有人員傷亡，極大減少了傷亡率。具有智能特性的自主式移動(dòng)機(jī)器人正在向非制造業(yè)方向擴(kuò)展，這些非制造業(yè)包括航天、海洋、軍事、建筑、醫(yī)療護(hù)理、服務(wù)、農(nóng)林、辦公自動(dòng)化和災(zāi)害救護(hù)等，如飛行機(jī)器人、海難救援機(jī)器人、化肥和農(nóng)藥噴撒空中機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人等。1 引言 移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂的研究意義及目的本文以實(shí)際項(xiàng)目小型地面移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)械臂為研究對(duì)象。機(jī)器人的工作環(huán)境也不再是固定在工廠和車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)，而是開(kāi)始走向海洋、太空和戶外，有些甚至已經(jīng)進(jìn)入醫(yī)院、家庭和娛樂(lè)場(chǎng)所。現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)尤其是城市內(nèi)反恐怖戰(zhàn)爭(zhēng)中單兵的生存能力受到了極大的挑戰(zhàn)，微小型地面移動(dòng)機(jī)器人由于體積小、隱蔽性好、快速反應(yīng)、機(jī)動(dòng)性好、生存能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，并且可以在遠(yuǎn)程遙控甚至自主情況下完成部分原本由士兵完成的任務(wù)，可以不論白天還是黑夜都能了解周?chē)臉欠坷锛敖值郎系臄城?。包括在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用將是發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是我國(guó)國(guó)防科技行業(yè)重點(diǎn)支持的方向之一。雖然由于80年代對(duì)機(jī)器人的智能行為期望過(guò)高而導(dǎo)致室外移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂的研究未達(dá)到預(yù)期的效果，但卻帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，為探討人類(lèi)研制智能機(jī)器人機(jī)械臂的途徑積累了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也推動(dòng)了其它國(guó)家對(duì)移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂的研究與開(kāi)發(fā)。最先進(jìn)的要數(shù)探測(cè)車(chē)上的機(jī)械手臂，手臂末端裝備了各種工具，有顯微鏡成像儀、三種質(zhì)譜儀和兩種分光計(jì)，一套巖石研磨和樣本采集土具以及三個(gè)磁鐵陣列，所有設(shè)備主要是用來(lái)尋找火星上是否曾經(jīng)有液態(tài)水的證據(jù)。該車(chē)采用100m(或250m)長(zhǎng)的電纜或無(wú)線電裝置進(jìn)行遙控。清華V型智能車(chē)THMRV是清華大學(xué)智能技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在中科院院士張錢(qián)教授主持下研制的新一代智能移動(dòng)機(jī)器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能，于1994年通過(guò)鑒定。DY I型導(dǎo)游服務(wù)機(jī)器人是海爾一哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)公司推出的新一代智能導(dǎo)游機(jī)器人，該機(jī)器人由伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、多傳感器信息、避障及路徑規(guī)劃系統(tǒng)、語(yǔ)言識(shí)別及語(yǔ)言合成系統(tǒng)組成。當(dāng)前，對(duì)足式步行機(jī)器人、履帶式和特種機(jī)器人研究較多。(4)實(shí)時(shí)視覺(jué)技術(shù)。因此，準(zhǔn)確地處理和分析不同傳感器采集到的信息，用于對(duì)所處環(huán)境作出準(zhǔn)確可靠的描述，并據(jù)此作出正確的決策和控制，是多傳感集成和數(shù)據(jù)融合研究的任務(wù)。 本課題的來(lái)源和研究?jī)?nèi)容本課題來(lái)源于南京市科技局的科技計(jì)劃項(xiàng)目，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。設(shè)計(jì)機(jī)械臂及夾持機(jī)構(gòu)。下面分別是手部、臂部和肩部的具體設(shè)計(jì)。 結(jié)構(gòu)參數(shù)要求及設(shè)計(jì)的原則（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的要求機(jī)械臂折疊時(shí)總長(zhǎng)≤650mm，單臂桿轉(zhuǎn)動(dòng)范圍:150176。(d) 總體結(jié)構(gòu)易拆卸，便于平時(shí)的試驗(yàn)、調(diào)試、和修理。（3)應(yīng)保證抓取物體在手指內(nèi)的夾持精度，應(yīng)保證每個(gè)被抓取的物體，在手指內(nèi)都有準(zhǔn)確的相對(duì)位置。鋼材韌性好，耐沖擊，容易通過(guò)熱處理來(lái)改善其機(jī)械性能和提高硬度，是制造齒輪最常用的材料。電機(jī)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩T=90。機(jī)械手指不是殼體機(jī)構(gòu)，它是實(shí)體的。它可以在無(wú)潤(rùn)滑油的情況下有效的進(jìn)行工作。（b）支撐件的校核支撐件是用來(lái)支撐機(jī)器人主要機(jī)械機(jī)構(gòu)的，本文中共用兩個(gè)支撐件，直徑各為8mm,手部的兩個(gè)導(dǎo)向軸受力幾乎一樣。從每個(gè)件的受力來(lái)看，材料聚甲醛的各個(gè)力學(xué)性能完全滿足本文的設(shè)計(jì)要求。4 臂部結(jié)構(gòu) 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求手臂部件是機(jī)械手的主要部件。 為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，應(yīng)采取以下措施: (a) 減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。砂型鑄造鑄件最小壁厚的設(shè)計(jì)。將百分表的量頭觸在牙齒大端的節(jié)圓處進(jìn)行測(cè)量。按一般的加工能力及 使用要求，初選齒輪精度等級(jí)為8級(jí)。其中方形截面為機(jī)械手大臂與小臂的殼體，截面為小臂機(jī)構(gòu)的殼體。螺旋機(jī)構(gòu)高低機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本身可以自鎖是其優(yōu)點(diǎn)，但是轉(zhuǎn)速比不是常數(shù)，對(duì)于主要抓取物體的肩關(guān)節(jié)，不能滿足繞水平方向軸士180。它的主要優(yōu)點(diǎn):傳動(dòng)比大，工作較穩(wěn)定。所以，即使正傳動(dòng)效率降低，執(zhí)行元件功率提高，移動(dòng)機(jī)械臂的肩關(guān)節(jié)隨動(dòng)系統(tǒng)還是采用具有自鎖功能的蝸輪副為宜。蝸桿傳動(dòng)在這個(gè)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性的作用，下面主要針對(duì)這一對(duì)蝸輪蝸桿副進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。通過(guò)對(duì)二者的特征進(jìn)行比較，可見(jiàn)多功能移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)該選擇阿基米德圓柱蝸桿，即ZA型蝸桿。系統(tǒng)的傳動(dòng)比=43X32X1=1376當(dāng)以最高速度調(diào)整角度時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為： （51）式中：為旋轉(zhuǎn)時(shí)隨動(dòng)系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)速時(shí)的最大電機(jī)轉(zhuǎn)速(設(shè)計(jì)時(shí)要求旋轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)速=) 在實(shí)際選用電機(jī)時(shí)，常常考慮5%10%的轉(zhuǎn)速余量，MAXON EC45的最大轉(zhuǎn)速為10900rpm滿足設(shè)計(jì)要求。在選擇控制器時(shí)必須保證足夠的精度，也就是要求驅(qū)動(dòng)器有較高的細(xì)分?jǐn)?shù)，其細(xì)分?jǐn)?shù)可根據(jù)精度需要設(shè)定。 運(yùn)動(dòng)控制器的選擇因?yàn)橐苿?dòng)機(jī)械臂是一個(gè)多電機(jī)控制系統(tǒng)，所以可以選取高性能的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有編碼器，因此對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制是開(kāi)環(huán)控制，因此控制器無(wú)法知道電機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)，所以必須對(duì)機(jī)械臂的初始狀態(tài)加以確定，確定初始位姿后，以后各關(guān)節(jié)的位姿可由步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的脈沖數(shù)計(jì)算得到。： 所示步進(jìn)電機(jī)控制： 用PC機(jī)控制全數(shù)字伺服電機(jī)框圖6 移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)分析 機(jī)械臂總體結(jié)構(gòu)分析機(jī)械臂在抓取前必須先進(jìn)行移動(dòng)。就肩部而言，移動(dòng)精度與肩部空回量的大小有很大聯(lián)系。、愈小。當(dāng)機(jī)械臂具有自鎖性和適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)驅(qū)動(dòng)力時(shí)，就能保證移動(dòng)的位置不因上述原因而被破壞。(d)有足夠的強(qiáng)度、剛度和使用壽命由于移動(dòng)機(jī)械臂工作條件較差，傳遞運(yùn)動(dòng)受力較大，且受動(dòng)載荷的作用，各部件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證移動(dòng)機(jī)械臂肩部不被破壞和產(chǎn)生變形影響抓取精度。 結(jié)構(gòu)及分析(1)結(jié)構(gòu)在前面的移動(dòng)機(jī)械臂的肩部機(jī)械設(shè)計(jì)中，對(duì)機(jī)械臂的肩部結(jié)構(gòu)己經(jīng)有了詳細(xì)的介紹，詳見(jiàn)前面機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，這里就不再累述了。工廠在裝配過(guò)程中應(yīng)盡量減少裝配誤差，保證總的配合間隙對(duì)移動(dòng)角的影響最小。 一蝸桿軸向模數(shù) =2mm將上述各值代入公式得到： 由此可以看出:蝸輪蝸桿雖然符合條件，而且差大于1，故自鎖可靠。所以解決的辦法是蝸桿兩端加上調(diào)整墊片。移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用PRO/ENG對(duì)機(jī)械手建模運(yùn)動(dòng)仿真。（2）計(jì)算機(jī)的有限元的分析沒(méi)有做。(2)更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。感謝一切幫助過(guò)我的朋友，感謝網(wǎng)上提供資料的朋友……兩年來(lái)，我還得到了許多老師與諸多同學(xué)的大力支持與幫助，在此向所有曾經(jīng)關(guān)心和幫助我的人一并表示感謝!最后還要感謝百忙中抽出時(shí)間審閱我論文的老師，對(duì)他們的付出表示真誠(chéng)的感謝! 參 考 文 獻(xiàn) [1] ［J］. 機(jī)器人，2004（11）：103~106.[2] 朱世強(qiáng)，［M］. 杭州：浙江大學(xué)出版社，2001.[3] 姜虹，［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù),1999，18（3）：432~434.[4] ［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),1998，24（3）：354~361.[5] 張毅等. 移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.[6] 劉極峰. 機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)［M］. 北京：高等教育出版社，2006.[7] 蔣新松. 機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論［M］. 沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.[8] ，一種新型的機(jī)器人移動(dòng)結(jié)構(gòu)［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003（4）：120~123.[9] R?西格沃特,I?諾巴克什,自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)論［M］李人厚,：西安交通大學(xué)出版社，2006.[10] 王野，［J］.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2005(6):23~31.[11] 常文森,賀漢根,［J］. 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