【正文】 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 4 1 2 3 4 4 1 3 4 2 41 2 4 3 4 1 2 3 3 1 2 3 3 1 2 2yP S C d S d S C d S C d S C a S C a S C aS C a S C a S a S C a? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 2 4 3 5 2 3 4 5 2 3 4 5 2 3 4 5 2 3 4 4 2 4 3 4 2 3 4 42 3 4 4 2 3 2 3 1zP S C d C S d S C d C d S C a C S a S aC S a S C a C S a S a? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 4 機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)計(jì)算 手部設(shè)計(jì)基本要求 （ 1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力，應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的； （ 2） 手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度） ? ? ，以便于抓取工件； （ 3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、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； （ 4） 應(yīng)保證 手抓的夾持精度。 手腕電機(jī)的選擇 （ 1）空載時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動 慣量： 22 21 0 . 5 0 . 5 0 . 0 1 6 .88mDJ K g c m?? ? ? 快速空載起動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1eqT 1 m a xe q fT T T?? 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 33. . 1 . 5 9 . 8 1 0 1 . 5 9 . 8 0 . 1 6 1 0 0 . 0 0 2 7 .2 2 2 3 . 1 4 1fh hFP FP Nmii????? ? ? ? ? ?? ? ? ???摩 ? ?12m a x , 0 .0 0 2 7 .e q e q e qT T T N m? ? ? m a x . 3 0. 00 27 0. 00 8 .j e qT K T N m? ? ? ? ? 查手冊得，選用常州寶馬集團(tuán)前楊電機(jī)電器有限公司的 36BF003 型電機(jī) 其最靜轉(zhuǎn)矩 maxjT = 能夠滿足機(jī)構(gòu)的要求 [6]?；仡欉^去的兩個多月，感覺收獲頗豐： 1) 通過對機(jī)械手的整體方案設(shè)計(jì)，典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使我對大學(xué)四年所學(xué)的機(jī)械方面的知識以及專業(yè)方面的知識有了更深一步的了解和認(rèn)識，而不像以前一樣僅僅停留在書本的概念上。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會順利完成。 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。 3) 通過對各個典型機(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，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。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 小手臂擺動電機(jī)的選擇 初步估計(jì)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(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]。 （ 2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復(fù)運(yùn)動。 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)動關(guān)系。 (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手 [1]。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 。它本身又包括動力源、傳動 (減速 )機(jī)構(gòu)、滾輪或連桿機(jī)構(gòu)。 變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)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(dāng)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]。這種系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在于它的通用性和靈活性。文中 對 機(jī)械手 進(jìn)行了正運(yùn)動學(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、蝸輪蝸桿及帶傳動比的確定以及部分重要零件的設(shè)計(jì)。 the manipulator is driven by stepper motor, and controlled by single chip. The size of the manipulator is equal in the size 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 ? ?????????????????? 11 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 ???????????????????? ??? 12 傳動機(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 大手臂擺動電機(jī)的選擇 ?????????????????? 19 小手臂擺動電機(jī)的選擇 ?????????????????? 20 手腕擺動電機(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)動電機(jī)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(jī)處渦輪蝸桿的傳動的確定 ????????????? 21 大手臂電機(jī)處渦輪蝸桿及帶傳動的確定 ??????????? 22 小手臂電機(jī)處渦輪蝸桿及帶傳動的確定 ??????????? 23 手腕 擺動 電機(jī)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(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、重復(fù)等手工作業(yè)。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 機(jī)械手的控制問題是與其運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)問題密切相關(guān)的。 (2 )傳動機(jī)構(gòu) 傳動機(jī)構(gòu)主要是起改變物件方位和位置的作用。④傳感裝置其中裝有某種傳感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反應(yīng)手指與物件是否接觸、物體有無滑下或脫落、物件的方位是否正確、手指對物件的握緊力是否與物件的重量相適應(yīng)等 [11]。 六自由度機(jī)械手設(shè)計(jì)分為機(jī)械部分與控制部分兩大模塊。 這 是 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題六自由度 機(jī)械手 的整體設(shè)計(jì)示意圖。 空間任意一點(diǎn) P 在不同的坐標(biāo)系中的描述是不同的， 因此經(jīng)過 不同的坐標(biāo)變換P點(diǎn)的坐標(biāo)是不同的。 吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,不適合用于本方案。 底座轉(zhuǎn)動電機(jī)的選擇 初步估計(jì)機(jī)身重量為 15Kg,轉(zhuǎn)動速度為 3r/min ? 折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量為： 2 2 25 0 . 2 1 0 0 . 1 4 0 . 3 9 6 .J K g m? ? ? ? ? ? 折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩為： 2 3 .1 40 .3 9 6 0 .1 2 4 .20T J W N m?? ? ? ? ? 電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為： m a x . 2 . 5 0 . 1 2 4 0 . 3 0 7 .0 . 9 8j KTT N m? ?? ? ? ? 選用常州寶馬集團(tuán)前楊電機(jī)電器有限公司的 55BF003 型電機(jī) 其最大靜轉(zhuǎn)矩為 maxjT =[7] 蝸輪蝸桿、帶輪的選擇及傳動比的確定 底座電機(jī)處蝸輪蝸桿傳動的確定 由選用電機(jī)為 55BF003 可得，運(yùn)行頻率 f=18000HZ ? mn =75r/min 又 sn =3r/min ? i= msnn =25 蝸桿選用 40Cr, 4550HRC 蝸輪選用 103鋁青銅 估計(jì) sV =5m/s 查表得 ? ?H? =140Mpa 由式 2 1md ? ? ? 222500H KTZ ??????? 其中 K 為載荷系數(shù)，當(dāng)考慮載荷集中和動載荷影響時， K取 — ? ? ? 2 22 1225 0 0 5 0 0 1 . 2 3 1 7 1 9 . 45 0 1 4 0H