【正文】 他無論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對(duì)于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導(dǎo)。 在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開父母的鼓勵(lì)和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來對(duì)我的撫養(yǎng)與培育。 回首四年，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。 另外，我還要感謝大學(xué)四年和我一起走過的同學(xué)朋友對(duì)我的關(guān)心與支持，與他們一起學(xué)習(xí)、生活，讓我在大學(xué)期間生活的很充實(shí)，給我留下了很多難忘的回憶。郭謙功老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。經(jīng)過這次畢 業(yè)設(shè)計(jì)，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問題的能力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方方面面都有很大的進(jìn)步。 （保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 致 謝 時(shí)間飛逝，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人 承擔(dān)。 王 老師公務(wù)繁忙 ，但是還是經(jīng)常抽時(shí)間來視察學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度 ， 就畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題給 予耐心指導(dǎo) ， 敦敦教誨 ， 實(shí)在令學(xué)生欽佩感動(dòng)不已！ 特此 ， 學(xué)生鄭重向王 老師表示感謝！ 同時(shí)我也要感謝機(jī)電工程系的所有老師，是你們 教給 我各科的知識(shí)，在著即將畢業(yè)，參加工作的時(shí)候，衷心的感謝 你們。 4)利用 CAD設(shè)計(jì)軟件畫出裝配圖以及部分重要零件的展開圖 。 本次設(shè)計(jì)完成的工作如下： 1)利用圖書館的存書和網(wǎng)絡(luò) ， 搜索相關(guān)方面的知識(shí) ， 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)的經(jīng) 驗(yàn) 進(jìn)行綜合比較之后 ， 選定設(shè)計(jì)方案 。 另外 ， 在選用電機(jī)的時(shí)候 ， 要使電機(jī)的功率足以克服彈簧的收縮和張開 ， 并且提供足夠加緊物體的力 。 圖 機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡圖 在圖 中 ， O 為電機(jī)輸出軸 ， 曲柄 OA、連桿 AB、滑塊 B 和支架構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；滑塊 B、連桿 BC、搖桿 CE 和支架構(gòu)成滑塊搖桿機(jī)構(gòu) 。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 ， 以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開動(dòng)作的機(jī)構(gòu) 。 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)：腰部結(jié)構(gòu)、臂部結(jié)構(gòu)、腕部結(jié)構(gòu)、末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確定 ， 選擇了鋁合金作為機(jī)械手的材料 ， 對(duì)腰關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng) ， 大臂關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)、小臂關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)、手臂關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì) 。 電機(jī)的選擇符合要求 。 諧波減速器選擇：型號(hào)為 XB輸出轉(zhuǎn)矩 16?T Nm? 、 801?i 、輸出轉(zhuǎn)速黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 min/ rn? 。齒輪加工精度為 6 級(jí)。 1d ? 2d ? m 1z mmmm ??? ， ?a m (1z +2z ) mm75? ， b ? d? 1d mmmm ??? ， 取 b mm15? ， 1b ? 2b mm15? 。 3）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) (1)要求分析 主動(dòng) 輪轉(zhuǎn)速 :1n min/ r? （諧波減速器的輸出轉(zhuǎn)速） 齒數(shù)比 1?u 由于諧波減速器輸出的轉(zhuǎn)矩 1T 為 410? Nmm? ， 所以主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩也為 410? Nmm? 。 2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)諧波減速器的計(jì)算 初選諧波減速器：諧波減速器選擇型號(hào)為 XB輸出轉(zhuǎn)矩 mNT ??16 ， i 80? ，輸出轉(zhuǎn)速 min/ rn? ， 腕部負(fù)載靜轉(zhuǎn)矩 lT ? grm3 ????? mNNm? ?？偟膫鲃?dòng)比 80?i 。 小臂關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 小臂關(guān)節(jié)的傳動(dòng)同樣是由電動(dòng)機(jī)通過 同步 帶與齒輪的嚙合帶動(dòng)小臂轉(zhuǎn)動(dòng)的 。 min/ 所需時(shí)間 st ? 則腕部俯仰角加速度： 223 /)180/( sr a dsr a dta ???? ??? （ ） 負(fù)載啟動(dòng)慣性矩（靜摩擦力矩忽略不計(jì)）： 33213 )( ?JJJT ??? （ ） NN 2 ??? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 取兩級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比 為 2。 大臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇步進(jìn)電機(jī) 。 在本次設(shè)計(jì)中采用的正是環(huán)形軸承 ， 由于采集機(jī)械手對(duì)精度要求很高 ， 所以采用這種結(jié)構(gòu) 。 缺點(diǎn)是腰部尺寸較高 。 ；質(zhì)量 : 。 小臂與大臂的關(guān)節(jié)使用圓錐齒輪傳動(dòng) ， 電動(dòng)機(jī)置于大臂殼體內(nèi) 。 對(duì)于本文的果實(shí)采摘機(jī)器人 ， 需要能夠剪切下物體即可 ， 控制物體的位置和取向 ， 選擇兩個(gè)手指就可以滿足此工作要求 ， 所以在結(jié)構(gòu)上將采用兩指 。 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 。 兩自由度手腕足以滿足各種工作情況的需要 。 一般手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)或再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求 。 4)位置精度要高 。 (3)減少回轉(zhuǎn)半徑 。 2)臂部運(yùn)動(dòng)速度要高 ， 慣性要小 。 設(shè)計(jì)基本要求 : 1)臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 。 它的作用是支承腕部和手部 ， 并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng) 。 要設(shè)有調(diào)整機(jī)構(gòu) ， 用來調(diào)整腰部軸承間隙及減速器的傳動(dòng)間隙 。 5)腰部的回轉(zhuǎn)要有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置 ， 它包括驅(qū)動(dòng)器及減速器 。 2)腰座要承受機(jī)器人的全部重量和載荷 ， 因此 ， 機(jī)器人的基座和腰部軸和軸承的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度 ， 以保證其承載能力 。 腰部結(jié)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人腰座 ， 就是圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、球坐標(biāo)機(jī)器人及關(guān)節(jié)型機(jī)器人的回轉(zhuǎn)基座 。 缺點(diǎn)在于：這種方法不如機(jī)械制動(dòng)器工作可靠 ， 斷電的時(shí)候?qū)⑹ブ苿?dòng)作用 。 但對(duì)于直流電機(jī)、同步電機(jī)和 感應(yīng)電機(jī)等各種不同類型的電機(jī) ， 必須分別采用適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電路 。 因此這種制動(dòng)器被稱為無勵(lì)磁動(dòng)作型電磁制動(dòng)器 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 機(jī)械制動(dòng)器： 機(jī)械制動(dòng)器有螺旋式自動(dòng)加載制動(dòng)器、盤式制動(dòng)器、閘瓦式制動(dòng)器和電磁制動(dòng)器等幾種 。 減速 器 機(jī)構(gòu)主要為齒輪減速機(jī)構(gòu)和諧波減速器機(jī)構(gòu) 。 4)傳動(dòng)效率高、壽命長 。 當(dāng)波發(fā)生器沿圖示方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ， 柔輪的變形不斷改變 ， 使柔輪與剛輪的嚙合狀態(tài)也不斷改變 ， 由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入 ?? ， 周而復(fù)始地進(jìn)行 ， 從而實(shí)現(xiàn)柔輪相對(duì)剛輪沿波發(fā)生器 H相反方向的緩慢旋轉(zhuǎn) 。 柔輪為可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪 ， 其內(nèi)孔直徑略小于波發(fā)生器的總長 。 三個(gè)構(gòu)件中可以任意固定一個(gè) ， 其余兩個(gè)一個(gè)固定 ， 一個(gè)從動(dòng) ， 可以實(shí)現(xiàn)減速或增速（固定傳動(dòng)比） ， 也可以換成兩個(gè)輸入、一個(gè)輸出 ， 組成差動(dòng)傳動(dòng) 。 齒形帶傳動(dòng)是同步帶的一種 ， 用來傳遞平行軸間的運(yùn)動(dòng)或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng) ， 在本文中主要用于腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的傳動(dòng) 。 蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是 :齒面摩擦力大 ， 發(fā)熱量高 ，傳動(dòng)效率低 。 一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)在正常潤滑條件下效率可達(dá)到 99%以上 ， 在大功率傳動(dòng)中 ，高傳動(dòng)效率是十分重要的 :傳動(dòng)比恒定 ， 齒輪傳動(dòng)具有不變的瞬時(shí)傳動(dòng)比 ， 因此齒輪傳動(dòng)可用于圓周速度為 200m/s 以上的高速傳動(dòng) ； 結(jié)構(gòu)緊湊 ， 在同樣使用條件下 ， 齒輪傳動(dòng)所需要空間尺寸比帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)小得多 ； 工作可靠、壽命長 ， 齒輪傳動(dòng)在正確安裝 ， 良好潤滑和正常維護(hù)條件下 ， 具有其他機(jī)械傳動(dòng)無法比擬的高可靠性和壽命 。 與屬于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比 ， 鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象 ， 因而能保持準(zhǔn)確黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 的平均傳動(dòng)比 ， 傳動(dòng)效率較高 ； 又因?yàn)殒湕l不需要像帶那樣張得很緊 ， 所以作用于軸上的徑向壓力較小 ； 鏈條采用金屬材料制造 ， 在同樣使用條件下 ， 鏈傳動(dòng) 的整體尺寸較小 ， 結(jié)構(gòu)較為緊湊 ； 與齒輪傳動(dòng)相比 ， 鏈傳動(dòng)的制造安裝精度要求較低 ， 成本 也低 ；在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí) ， 其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便的多 。 現(xiàn)在一些新型帶傳動(dòng)形式 ， 如高速帶傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)己經(jīng)克服了以上大部分的缺點(diǎn) 。 考慮機(jī)械手結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況 ， 帶傳動(dòng)、鏈動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)是其可能的傳動(dòng)方式 ， 在這里將對(duì)以上 四 種傳動(dòng)方式進(jìn)行比較 。 另外 ， 步進(jìn)電機(jī)可以不必經(jīng)過反饋便可以穩(wěn)定調(diào)速 ， 因此 ， 本次設(shè)計(jì)的腰部轉(zhuǎn)動(dòng) 關(guān)節(jié)、大臂擺動(dòng)、小臂擺動(dòng)均采用步進(jìn)電機(jī)；腕關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)采用 直 流異步電機(jī) 。 表 三種驅(qū)動(dòng)方式的 特點(diǎn)對(duì)照 內(nèi)容 驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電 機(jī) 驅(qū)動(dòng) 輸出功率 很大 ， 壓力范圍為50～ 140Pa 大 ， 壓力范圍為 48～60Pa 較大 控制性能 利用液體的不可壓縮性 ， 控制精度較高 ，輸出功率大 ， 可無級(jí)調(diào)速 ， 反應(yīng)靈敏 ， 可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 氣體壓縮性大 ， 精度低 ， 阻尼效果差 ， 低速不易控制 ， 難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 控制精度高 ， 功率較大 ，能精確定位 ， 反應(yīng)靈敏 ，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 ， 伺服特性好 ， 控制系統(tǒng)復(fù)雜 響應(yīng)速度 很高 較高 很高 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng) ， 執(zhí) 行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化 ，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng) 。 綜上所述 ， 關(guān)節(jié)型機(jī)器人既可以滿足條件要求又具有其他形式機(jī)器人不具備的優(yōu)點(diǎn) 。 精度不高 ， 主要用于搬運(yùn)工作 。 主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè) 。 機(jī)械手結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)方案的確定 機(jī)械結(jié)構(gòu)類型的確定 為了達(dá)到采摘作業(yè)的要求以及滿足不同高度和位置的要求 ， 該機(jī)器人具有 6 個(gè)自由度 ， 即腰關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)、大臂的擺動(dòng)、小臂的擺動(dòng)、腕部的擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)、末端執(zhí)行器的剪切運(yùn)動(dòng) 。 動(dòng)力 源 是機(jī)器工作的能黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 量來源 ， 可以直接利用自然資源（也稱一次資源）或二次資源轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī) 械能 ， 如水輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)等 。 類型為關(guān)節(jié)型機(jī)器人 ， 因?yàn)殛P(guān)節(jié)型的機(jī)器 手 在相同體積條件下比非關(guān)節(jié)型機(jī)器人具有大得 多的相對(duì)空間和絕對(duì)空間 。 要盡量降低零件的生產(chǎn)制造成本 ， 這要求從零件的設(shè)計(jì)和制造等多方面加以考慮 。 所以 ， 設(shè)計(jì)零件時(shí)應(yīng)滿足的要求是從設(shè)計(jì)機(jī)器的要求中引申出來的 ， 即也應(yīng)從滿足機(jī)器的使用功能和經(jīng)濟(jì)性兩方面來考慮 。 機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造和使用的全過程 。 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的基本要求 ， 包括對(duì)機(jī) 械手 整機(jī)的設(shè)計(jì)要求和對(duì)組成零件的設(shè)計(jì)要求兩個(gè)方面 ， 兩者互相聯(lián)系 ， 互相影響 。 對(duì)于本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手可以在一些危險(xiǎn)和環(huán)境不適合作業(yè)的地方使用 ， 這樣可以體現(xiàn)出它的實(shí)用性 。 腰部、大臂、小臂的驅(qū)動(dòng)均采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) ， 腕部采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 。 并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行問題求解、動(dòng)作規(guī)劃 ， 同時(shí) ， 越來越多的系統(tǒng)采用微機(jī)進(jìn)行控制 。 有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分 。 圖 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系 機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)組成 。 目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛” ， 使它能識(shí)別物體和躲避障礙物 ，以及機(jī)器人的觸覺裝置 。 要機(jī)器人像人一樣拿取東西 ， 最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu) —— 執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)－傳黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作 的控制系統(tǒng) 。 第三類是專業(yè)機(jī)器人 ， 主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上 ， 用以解決機(jī)床上下料和工件傳送 。 它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外 ， 還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械 。 簡而言之 ， 機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手 ， 把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置 ，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工 。 “工業(yè)機(jī)器人”（ Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人） 。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 Manipulator design 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的