【正文】 2lJ m K g m??? ? ? ????? ? 手腕部分折算到外軸上的轉(zhuǎn)矩為： 2 2 3 .1 40 .0 0 5 0 .0 2 6 .12T J W J N mT? ?? ? ? ? ? ? 手腕部分擺動電機的最大靜轉(zhuǎn)矩為： m a x . 2 . 5 0 . 0 0 2 6 0 . 0 1 .0 . 6j KTT N m? ?? ? ? ? 選用常州寶馬集團前楊電機電器有限公司的 36BF003 型電機 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 21 其最大靜轉(zhuǎn)矩為 maxjT =，能夠滿足機構要求 [7]。 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 20 小手臂擺動電機的選擇 初步估計小手臂重量為 3Kg,設擺動速度為 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? ?? ? ? ? 選用常州寶馬集團前楊電機電器有限公司的 45BF003 型電機 其最大靜轉(zhuǎn)矩為 maxjT = ，能夠滿足機構的要求 [7]。 手腕電機的選擇 （ 1）空載時折算到電動機轉(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轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩 1eqT 1 m a xe q fT T T?? 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（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，選用常州寶馬集團前楊電機電器有限公司的 36BF003 型電機 其最靜轉(zhuǎn)矩 maxjT = 能夠滿足機構的要求 [6]。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 1 2 3NF K K K G? 式中 1K —— 安全系數(shù)，通常 ； 2k —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在電機的驅(qū)動力的作用下機械手手抓實現(xiàn)張開和閉和 [5] 。 通過 采用典型的平移型手指 , 驅(qū)動力加在手指移動方向上 ,這樣結構比較簡單且體積適中。本設計機械手采用夾持式手指 ， 夾持式機械手按運動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。 常用的工業(yè)機械手手部 ， 按握持工件的原理 ， 分為夾持和吸附兩大類。 （ 2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復運動。） 1 θ 1 0 0 90 2 θ 2 0 a2 0 3 θ 3 0 a3 0 4 θ 4 0 a4 90 5 0 d5 0 90 其中， a2=a3=250mm,a4=90mm,d5=90mm 有上表可求出各連桿之間的齊次變換矩陣，如下 111000 1 0 00 0 0 1CSSCT???????? 2 2 2 22 2 2 22000 0 1 00 0 0 1C S C aS C S aT???????? 3 3 3 33 3 3 33000 0 1 00 0 0 1C S C aS C S aT???????? 4 4 4 44 4 4 44001 0 00 0 0 1C S C aS C S aT???????? 551 0 0 00 0 1 00 1 00 0 0 1T d????? ????? 根據(jù)矩陣乘法法則， 可以得出本課題六自由度機械手末端執(zhí)行器的位姿的齊次變換矩陣是：050 0 0 1x x x xy y y yz z z zn o a Pn o a PTn o a P????????? 其中 1 2 3 4 1 4 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4xn C C S C S C S? ? ? ? 1 2 3 4 1 2 3 4 1 3 4 2 1 2 4 3yn S C S C S C S C? ? ? ? 2 3 4 2 4 3 2 3 4 2 3 4zn S C C S S C S? ? ? ? 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 4 3 1 2 3 4xo C S C S C S C? ? ? ? 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 15 1 2 3 4 1 4 2 3 1 3 2 4 1 2 3 4yo S S C S C S C? ? ? ? 2 3 4 2 4 3 4 2 3 3 4 2zo C S C C S S C? ? ? ? 1xaS? 1yaC? 0za? 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 4 3 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 4 1 4 2 3 4 1 3 4 2 41 2 4 3 4 1 2 3 3 1 2 3 3 1 2 2xP C S d C S d C S d C d C a C S a S C aS C a S C a S a S C a? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 1 4 2 3 5 1 2 3 4 5 1 3 2 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 機械手的整體設計計算 手部設計基本要求 （ 1） 應具有適當?shù)膴A緊力和驅(qū)動力，應當考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構所需的驅(qū)動力大小是不同的； （ 2） 手指應具有一定的張開范圍，手指應該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度） ? ? ，以便于抓取工件； （ 3） 要求結構緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載； （ 4） 應保證 手抓的夾持精度。 （ 了書寫方便，將 sin ,cosnn??改寫為 ,nnSC ） 本課題要研究的六自由度機械手 模型如圖 圖 DH模型 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 14 有以上的坐標系推導法 ,可得出本課題六自由度機械手的運動參數(shù)，如下： 表 關節(jié) i i? （ 186。 對于具有 n個連桿的機械手， 運動學方程是要確定與末端坐標系 ??n 固聯(lián)的手爪相對于基座 ??0 的變換。 機器人的運動學方程 本文研究的機械手是具有 6個自由度的空間開鏈機構，它由一系列連桿通過轉(zhuǎn)動關節(jié)串聯(lián)而成，關節(jié)的相對轉(zhuǎn)動導致連桿的運動。 當 n維位置向量用 n+l維位置向量表示時，稱為齊次坐標表示式。坐標變換包括平移變換、旋轉(zhuǎn)變換與復合變換。由于這個坐標系一直固連在剛體上，所以這個坐標系 如果 可以在空間表示出來，那么這個 剛體 相對于固定坐標系的位姿 也 就已知 了 。 3 機械手的數(shù)學模型 機器人的數(shù)學基礎 為了描述機器人本身各連桿之間、機器人和環(huán)境之間的運動關系，通常將它們當成剛體， 進而 研究各剛體之間的運動關系。帶傳動的主要優(yōu)點是： 1）適用于中心距較大的傳動；2）帶具有良好的饒性，可緩和沖擊、吸收振動； 3）過載時帶與帶輪間出現(xiàn)打滑，打滑雖使傳動失效，但可防止損壞其他零件； 4） 結構簡單、成本低廉。因此，機械手的驅(qū)動方案選擇電動驅(qū)動。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。 4) 機身，采用一個步進電機和一對蝸輪蝸桿機構來實現(xiàn)底座的回轉(zhuǎn)運動。 2) 腕部，采用一個步進電機實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn) 180176。 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 11 圖 整體 示意圖 機械手的主要部件及運動 在多關節(jié)式機械手的基本方案選定后，根據(jù)設計任務 ，為了滿足設計要求，本設計關于機械手具有 6個自由度既：手抓張合；手腕回轉(zhuǎn)；手動腕擺；小手臂擺動；大手臂擺動；底座回轉(zhuǎn) 6個主要運動。由于本次是畢業(yè)設計考慮到綜合運用本科階段所學知識固設計如 圖 。 (4)多關節(jié)型機機械手 [1]。(2)圓柱坐標型機械手 。因此，機械手的執(zhí)行機構、驅(qū)動機構是本次設計的主要任務。 2 機械手的總體方案設計 本課題是 型回轉(zhuǎn)型機械手的設計 .本設計主要任務是完成機械手的結構方面設計。其次，它的制作完成一定可以極大的 激發(fā) 同學們對機器人技術的 熱愛， 提高 對機器人技術的濃厚興趣，并吸引更多的同學投入到機器人設計與制作行列中來。它應當實現(xiàn)的功能是： 1) 大面積快速搜索和定位功能 2) 滿足空間定位精度 5mm 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 10 3) 自動抓取功能 4) 過載保護功能 5) 掉電保護功能 從結構和功能上來看，這個六自由度機械手確實稱不上復雜，但它卻具有很重要的意義。機械部分主要是完成機構的設計與零件的加工，而控制部分主要完成的工作的是對六自由度機械手整個的動作流程進行設計，并通過硬件的連接和 對 61 板編寫合適的程序，以實現(xiàn)紅外檢測，電機驅(qū)動等功能。特別是在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領域中，越來越多的機械手被用來代替人的實際勞動，更激發(fā)了我對機器人技術濃厚的興趣，所以在這次畢業(yè)設計中，我選擇了六自由度機機械手設計與制作這個題目。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn) 品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程 。 (7)機器人化機械開始興起。 (6)當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。 (4)機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。 安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 9 (3)工業(yè)機 器人控制系統(tǒng)向基于 PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化 。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機 。 機械手的發(fā)展趨勢 (1)工業(yè)機器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機價格不斷下降。③檢測裝置是檢測和控制機械手各運動行程(位置 )的裝置，主要是對位置、速度和力等各 種外部和內(nèi)部信息進行檢測 。它本身又包括動力源、傳動 (減速 )機構、滾輪或連桿機構。 (5)其它部分 其它部分包括機體、行走機構、檢測裝置和傳感裝置等 :①機體 (也稱機身 )是用于支承和連接其他零件、部件的基礎件。 (4 )控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng)，由它來控制動作的順序 (程序 )、位置和時間(甚至速度和加速度 )等 。氣動驅(qū)動裝置有氣缸、氣動馬達等，這些裝置具有重量輕、價格便宜等特點 。在電動執(zhí)行裝置中，有直流 (DC)電機、交流(AC)電機、步進電機和直接驅(qū)動 (DD)電機等實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的電動機，以及實現(xiàn)直線運動的直線電機。 (3 )動力部分 動力部分是驅(qū)動前兩部分的動力，因此也稱動力源。傳動機構根據(jù)結構和原理的不同，有機械傳動機構，包括 :齒輪傳動、絲杠傳動、帶傳動、鏈傳動、連桿傳安徽建筑工業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 8 動和凸輪傳動等多種類型，以及液壓傳動機構、氣動傳動機構等。 (1)手爪 手爪又稱抓取機構，包括手指、傳力機構和驅(qū)動裝置等，作用是直接