【文章內容簡介】 取及轉移的，根據(jù)現(xiàn)場的實際需要，設計的具體要求為： （ 1）抓取物件為直徑為 50mm 的立方形產品，長度為 150mm。 （ 2）抓取和放下的時間盡可能的短。 （ 3）從機身中心 500mm 的邊長為 1000mm，距離地面高度為 500mm 的正方形平臺上抓取成品，裝在成品箱內，即可。 機械手的自由度的分配 本課題要求機械手臂能達到工作空間的任意位置和姿態(tài)，同時考慮到產品的長度為 150mm，采用單臂機械手進行夾持和堆放，其中手爪的橫向尺寸為 200mm，綜合考慮后該機械手的五個自由度，其均為轉動自由度，其中機身腰部一個自由度，大臂小臂各一個自由度，手腕處兩個自由度。 前三個關節(jié)決定了末端執(zhí)行器在空間的位置，后兩個關節(jié)決定了末端執(zhí)行 器在空間的狀態(tài)。 方案的描述 機械手本體由機座，大臂，小臂，手腕，末端執(zhí)行器，和驅動裝置組成。參考同 9 類機械手的性能參數(shù)，進行主尺寸和運動范圍的確定，考慮到機構可行前提下有盡可能大的作業(yè)范圍。根據(jù)設計的要求及使用的范圍，定出該型機械手的主要性能參數(shù)如表 21 所示，其中 θ1 代表腰部轉動角度， θ2 代表大臂俯仰角度， θ3 代表小臂俯仰角度， θ4代表手腕起落角度， θ5代表手腕轉動角度。 表 21機械手主要性能參數(shù) 肩高（ mm） 自由度 大臂長（ mm） 小臂長（ mm） 腕部長度（ mm） 腰部直徑（ mm） θ 1 θ 2 θ 3 θ 4 θ 5 1000 60240 225345 180270 6090 30120 500 600 100 260 根據(jù)其用途和特點提出如下技術參數(shù)： 自由度數(shù)目： 5 個 坐標形式：垂直關節(jié)型 額定負荷質量（含末端執(zhí)行器）： 48kg 最大活動半徑： 1280mm 本體重量： ≤200kg 各關節(jié)最大工作轉速見下表 22。 表 22 各關節(jié)最大工作轉速 最大工作轉速 r/min rad/s 186。/s 腰部回 轉關節(jié) 10 60 大臂轉動關節(jié) 10 60 小臂轉動關節(jié) 10 60 腕部擺動關節(jié) 20 120 腕部回轉關節(jié) 30 180 10 該方案結構設計與分析 該機械手的本體結構組成如圖 23 圖 23 成品裝夾機械手本體組成 各部件組成和功能描述如下： 底座部件： 底座部件包括底座、齒輪傳動部件、軸承，步進電機等。機座作用是支撐部件，支承和轉動大臂部件 ,承受機械手的全部重量和工作載荷，所以機座應有足夠的強度、剛度和承載能力。另外機座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機械手工作時的穩(wěn)定運行。 工業(yè)機械手的手臂通常由驅動手臂運動的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等）與驅動源（如液壓、氣壓或電機等）相配合，以實現(xiàn)手臂的各種 運動 手臂分為大臂和小臂。大臂部件：包括大臂和齒輪傳動部件，驅動電機。小臂部件：包括小臂、傳動軸、同步傳動帶等，在小臂一端固定驅動手腕運動的步進電機。手腕部件：包括手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、機械接口等。末端執(zhí)行器：因為抓取的坯料形狀為長方體，載面積為，長度為，所以末端執(zhí)行器設計得開合范圍?？紤]在指尖的平面上貼傳感器片，進行力的控制。 11 4 機械手結構方案和驅動方案的選擇 根據(jù)本設計的要求，參考國內外工業(yè)機器人的典型結構 [8]，初步對各個回轉關節(jié)的結構和驅動方案單獨分析。 腰部回轉關節(jié) 腰部外安放 一驅動電機 1，驅動內部渦輪 2 渦桿 3 傳動裝置，實現(xiàn)豎直主軸 4的轉動，從而實現(xiàn)大臂 5，小臂 6 等工作部分的旋轉自由度，如圖 31 腰部設計 ,內部傳動，如 圖 33 腰部內部傳動設計 。 圖 31腰部設計 1電機 1 5大臂 12 圖 33腰部內部傳動設計 2蝸桿 3渦輪 4主軸 大臂和小臂轉動關節(jié) 在大臂與肩部連接關節(jié)處安裝一驅動電機 7，帶動與之相 連的小齒輪 8 旋轉，進而帶動與小齒輪 8 嚙合的大齒輪 9 旋轉，大齒輪旋轉使得與之相連的軸 10 旋轉，這樣最終轉動大臂 5，機構設計如圖 33 大臂傳動設計 。而小臂與大臂之間用一同步帶 11（黑色）連接，當大臂 5 上軸旋轉，便經(jīng)由同步帶使得小臂 6 的軸旋轉，最終使得小臂 6 旋轉起來，設計如圖 34 小臂傳動設計 。 圖 33 大臂傳動設計 7電機 8小齒輪 9大齒輪 10 傳動軸 11同步帶 13 圖 34 小臂傳動設計 5大臂 6小臂 機械手手臂的設計要求 機器人手臂的作用，是在一定的載荷和一定的速度下，實現(xiàn)在機器人所要求的工作空間內的運動。在進行機器人手臂設計時，要遵循下述原則 [6]； ；相互垂直的軸應盡可能相交于一點，這樣可以使機器人運動學正逆運算簡化，有利于機器人的控制。 人工作空間的要求。工作空間的形狀和大小與機器人手臂的長度，手臂關節(jié)的轉動范圍有密切的關系。但機器人手臂末端工作空間并沒有考慮機器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對機器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。 ，應在保證機器人手臂有足夠強度和剛度的條件下，盡可能在結構上、材料上設法減輕手臂的重量。力求選用高強度的輕質材料，通常選用高強度鋁合金制造機器人手臂。目前，在國外，也在研究用碳纖維復合材料制造機器人手臂。碳纖維復合材料抗拉 強度高，抗振性好，比重小（其比重相當于鋼的 1/4，相當于鋁合金的 2/3），但是，其價格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故還未能在生產實際中推廣應用。目前比較有效的辦法是用有限元法進行機器人手臂結構的優(yōu)化設計。在保證所需強度與 14 剛度的情況下，減輕機器人手臂的重量。 ，以減小機械間隙所造成的運動誤差。因此，各關節(jié)都應有工作可靠、便于調整的軸承間隙調整機構。 ，這對減小電機負載和提高機器人手臂運動的響應 速度是非常有利的。在設計機器人的手臂時，應盡可能利用在機