【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?jǐn)[動(dòng)電機(jī)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(tuán)前楊電機(jī)電器有限公司的 36BF003 型電機(jī) 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 其最大靜轉(zhuǎn)矩為 maxjT =，能夠滿足機(jī)構(gòu)要求 [7]。 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(dòng)電機(jī)的選擇 初步估計(jì)小手臂重量為 3Kg,設(shè)擺動(dòng)速度為 3r/min 則小手臂折算到中軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2 22. 3 .2lJ m K g m??? ? ? ????? ? 小手臂折算到中軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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]。 手腕電機(jī)的選擇 （ 1）空載時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量： 22 21 0 . 5 0 . 5 0 . 0 1 6 .88mDJ K g c m?? ? ? 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)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(cè)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]。 手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)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(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力的作用下機(jī)械手手抓實(shí)現(xiàn)張開和閉和 [5] 。 通過 采用典型的平移型手指 , 驅(qū)動(dòng)力加在手指移動(dòng)方向上 ,這樣結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單且體積適中。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指 ， 夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。 常用的工業(yè)機(jī)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(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。） 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(jī)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(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(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(dòng)力，應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)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。 （ 了書寫方便，將 sin ,cosnn??改寫為 ,nnSC ） 本課題要研究的六自由度機(jī)械手 模型如圖 圖 DH模型 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 有以上的坐標(biāo)系推導(dǎo)法 ,可得出本課題六自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如下： 表 關(guān)節(jié) i i? （ 186。 對(duì)于具有 n個(gè)連桿的機(jī)械手， 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程是要確定與末端坐標(biāo)系 ??n 固聯(lián)的手爪相對(duì)于基座 ??0 的變換。 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 本文研究的機(jī)械手是具有 6個(gè)自由度的空間開鏈機(jī)構(gòu)，它由一系列連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成，關(guān)節(jié)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致連桿的運(yùn)動(dòng)。 當(dāng) n維位置向量用 n+l維位置向量表示時(shí)，稱為齊次坐標(biāo)表示式。坐標(biāo)變換包括平移變換、旋轉(zhuǎn)變換與復(fù)合變換。由于這個(gè)坐標(biāo)系一直固連在剛體上，所以這個(gè)坐標(biāo)系 如果 可以在空間表示出來，那么這個(gè) 剛體 相對(duì)于固定坐標(biāo)系的位姿 也 就已知 了 。 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(dòng)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(dòng)關(guān)系。帶傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1）適用于中心距較大的傳動(dòng)；2）帶具有良好的饒性，可緩和沖擊、吸收振動(dòng)； 3）過載時(shí)帶與帶輪間出現(xiàn)打滑，打滑雖使傳動(dòng)失效，但可防止損壞其他零件； 4） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。 4) 機(jī)身，采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)和一對(duì)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)底座的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2) 腕部，采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn) 180176。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 整體 示意圖 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) 在多關(guān)節(jié)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù) ，為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有 6個(gè)自由度既：手抓張合；手腕回轉(zhuǎn)；手動(dòng)腕擺；小手臂擺動(dòng)；大手臂擺動(dòng)；底座回轉(zhuǎn) 6個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。由于本次是畢業(yè)設(shè)計(jì)考慮到綜合運(yùn)用本科階段所學(xué)知識(shí)固設(shè)計(jì)如 圖 。 (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手 [1]。(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手 。因此，機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。 2 機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì) 本課題是 型回轉(zhuǎn)型機(jī)械手的設(shè)計(jì) .本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)。其次，它的制作完成一定可以極大的 激發(fā) 同學(xué)們對(duì)機(jī)器人技術(shù)的 熱愛， 提高 對(duì)機(jī)器人技術(shù)的濃厚興趣，并吸引更多的同學(xué)投入到機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作行列中來。它應(yīng)當(dāng)實(shí)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(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 3) 自動(dòng)抓取功能 4) 過載保護(hù)功能 5) 掉電保護(hù)功能 從結(jié)構(gòu)和功能上來看，這個(gè)六自由度機(jī)械手確實(shí)稱不上復(fù)雜，但它卻具有很重要的意義。機(jī)械部分主要是完成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與零件的加工，而控制部分主要完成的工作的是對(duì)六自由度機(jī)械手整個(gè)的動(dòng)作流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過硬件的連接和 對(duì) 61 板編寫合適的程序，以實(shí)現(xiàn)紅外檢測(cè)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)等功能。特別是在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，越來越多的機(jī)械手被用來代替人的實(shí)際勞動(dòng)，更激發(fā)了我對(duì)機(jī)器人技術(shù)濃厚的興趣，所以在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我選擇了六自由度機(jī)機(jī)械手設(shè)計(jì)與制作這個(gè)題目。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)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 。 (7)機(jī)器人化機(jī)械開始興起。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。 (4)機(jī)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(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 (3)工業(yè)機(jī) 器人控制系統(tǒng)向基于 PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化 。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī) 。 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) (1)工業(yè)機(jī)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(jī)價(jià)格不斷下降。③檢測(cè)裝置是檢測(cè)和控制機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)行程(位置 )的裝置，主要是對(duì)位置、速度和力等各 種外部和內(nèi)部信息進(jìn)行檢測(cè) 。它本身又包括動(dòng)力源、傳動(dòng) (減速 )機(jī)構(gòu)、滾輪或連桿機(jī)構(gòu)。 (5)其它部分 其它部分包括機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、檢測(cè)裝置和傳感裝置等 :①機(jī)體 (也稱機(jī)身 )是用于支承和連接其他零件、部件的基礎(chǔ)件。 (4 )控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，由它來控制動(dòng)作的順序 (程序 )、位置和時(shí)間(甚至速度和加速度 )等 。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置有氣缸、氣動(dòng)馬達(dá)等，這些裝置具有重量輕、價(jià)格便宜等特點(diǎn) 。在電動(dòng)執(zhí)行裝置中，有直流 (DC)電機(jī)、交流(AC)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和直接驅(qū)動(dòng) (DD)電機(jī)等實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，以及實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的直線電機(jī)。 (3 )動(dòng)力部分 動(dòng)力部分是驅(qū)動(dòng)前兩部分的動(dòng)力，因此也稱動(dòng)力源。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理的不同，有機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括 :齒輪傳動(dòng)、絲杠傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、連桿傳安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 動(dòng)和凸輪傳動(dòng)等多種類型，以及液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。 (1)手爪 手爪又稱抓取機(jī)構(gòu)，包括手指、傳力機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置等，作用是直接