【正文】 塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可 靠性、易操作性和可維 5 2 總體分析 自由度分析 該機(jī)械手臂用于物流生產(chǎn)線上物品的抓取和易位。；肩關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié) ,回轉(zhuǎn)角度范圍為 360176。120176。到 +60176。 系統(tǒng)共有 5 個(gè)自由度，分別是基座的回轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)、肩部俯仰、肘部左右 俯仰 、腕部轉(zhuǎn)動(dòng)及俯仰。我們主要針對(duì)設(shè)計(jì)的是在流水線上對(duì)已加工成品的夾取放置（范圍為邊長(zhǎng)為 1000mm），機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)便、效率高，可控范圍大，基座運(yùn)用齒輪傳動(dòng)，效率高，強(qiáng)度大，可調(diào)角度大，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和俯仰機(jī)構(gòu)都是 60176。機(jī)構(gòu)所用零件便于加工，標(biāo)準(zhǔn)件較多，便于機(jī)構(gòu)的組裝，相應(yīng)的成本也不高 機(jī)械手的機(jī) 構(gòu)形式 基座的回轉(zhuǎn)可以進(jìn)行 360176。120176。~60176。~60176。 6 各關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)原理及分析 根據(jù)功能要求，在設(shè)計(jì)研究時(shí)將其分為肩部機(jī)構(gòu)，上臂機(jī)構(gòu)，肘部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，前臂機(jī)構(gòu)，手爪夾持機(jī)構(gòu)。 肘部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)屈 |伸動(dòng)作。電機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪，通過(guò)小齒輪帶動(dòng)大齒輪，大齒輪與前臂機(jī)構(gòu)固定連接，從而實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)的屈 |伸動(dòng)作。有腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，前 臂機(jī)構(gòu)的外壁與腕關(guān)節(jié)的內(nèi)壁的過(guò)渡套圈，腕關(guān)節(jié)內(nèi)壁，前臂機(jī)構(gòu)的外壁，前臂機(jī)構(gòu)的外壁，前臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)，傳動(dòng)齒輪等組成。前臂的內(nèi)轉(zhuǎn) |外轉(zhuǎn)動(dòng)作是通過(guò)前臂的電機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪，帶動(dòng)大齒輪實(shí)現(xiàn)的。 電機(jī)布局分析 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)布局，對(duì)其綜合性能有很大影響。按照腰部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī) 1 就安裝在機(jī)座上；但是對(duì)于驅(qū)動(dòng)肩關(guān)節(jié)的電機(jī) 2 則應(yīng)該放置到底座部件上邊。機(jī)器人的肘關(guān)節(jié)是通過(guò)同步帶傳動(dòng)，對(duì)于腕部的轉(zhuǎn)動(dòng)，則因?yàn)槠湫枰呐ぞ剌^小，故電機(jī) 3 的體積小，質(zhì)量小，按照就近原則 ,將其安裝 在小臂上，腕部的擺動(dòng)依靠電機(jī) 4 傳動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)，電機(jī) 4 安裝把其放在手腕的末端。首先， 從機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)的角度來(lái)看，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)是有一系列連桿通過(guò)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（或移動(dòng)關(guān)節(jié)）連接起來(lái) 的開式運(yùn)動(dòng)鏈。末端執(zhí)行器是運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的主要內(nèi)容。因此在進(jìn)行機(jī)械 手機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意剛度和精度的設(shè)計(jì)。 另外，與一般機(jī)械產(chǎn)品相比，機(jī)械手的設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)的緊湊性，靈巧性方面有更高的要求。相應(yīng)的，與轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的關(guān)節(jié)成為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。這些關(guān)節(jié)中，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)為主動(dòng)關(guān)節(jié)。 機(jī)械手由于用途廣泛 [2]，種類繁多，機(jī)構(gòu)也多種多樣，根據(jù)本體結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系的特點(diǎn)，大體上可分為： （ 1）直角坐標(biāo)型 這種機(jī)械手具有三個(gè)互相垂直的移動(dòng)軸線，它們通過(guò)手臂的上下，左右移動(dòng)和前后伸縮構(gòu)成一個(gè)直角坐標(biāo)系。這種機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方式比較簡(jiǎn)單，精度較高，但操作范圍小，運(yùn)動(dòng)速度低，而且其 8 適應(yīng)性比較差。這種形式的機(jī)器 人占用空間小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。以 θ， 216。 y），該型機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是靈活性好，占用面積小，但剛度，精度較差。 方案設(shè)計(jì) 需求分析 該機(jī)械手是針對(duì)流水作業(yè)上成品的夾取及轉(zhuǎn)移的，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)的具體要求為： （ 1）抓取物件為直徑為 50mm 的立方形產(chǎn)品，長(zhǎng)度為 150mm。 （ 3）從機(jī)身中心 500mm 的邊長(zhǎng)為 1000mm，距離地面高度為 500mm 的正方形平臺(tái)上抓取成品，裝在成品箱內(nèi)，即可。 前三個(gè)關(guān)節(jié)決定了末端執(zhí)行器在空間的位置，后兩個(gè)關(guān)節(jié)決定了末端執(zhí)行 器在空間的狀態(tài)。參考同 9 類機(jī)械手的性能參數(shù)，進(jìn)行主尺寸和運(yùn)動(dòng)范圍的確定，考慮到機(jī)構(gòu)可行前提下有盡可能大的作業(yè)范圍。 表 21機(jī)械手主要性能參數(shù) 肩高（ mm） 自由度 大臂長(zhǎng)（ mm） 小臂長(zhǎng)（ mm） 腕部長(zhǎng)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(diǎn)提出如下技術(shù)參數(shù)： 自由度數(shù)目： 5 個(gè) 坐標(biāo)形式：垂直關(guān)節(jié)型 額定負(fù)荷質(zhì)量（含末端執(zhí)行器）： 48kg 最大活動(dòng)半徑： 1280mm 本體重量： ≤200kg 各關(guān)節(jié)最大工作轉(zhuǎn)速見下表 22。/s 腰部回 轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 10 60 大臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié) 10 60 小臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié) 10 60 腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié) 20 120 腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 30 180 10 該方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 該機(jī)械手的本體結(jié)構(gòu)組成如圖 23 圖 23 成品裝夾機(jī)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(dòng)部件、軸承，步進(jìn)電機(jī)等。另外機(jī)座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)械手工作時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。大臂部件：包括大臂和齒輪傳動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)電機(jī)。手腕部件：包括手腕殼體、傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸、機(jī)械接口等?？紤]在指尖的平面上貼傳感器片，進(jìn)行力的控制。 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 腰部外安放 一驅(qū)動(dòng)電機(jī) 1，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部渦輪 2 渦桿 3 傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)豎直主軸 4的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)大臂 5，小臂 6 等工作部分的旋轉(zhuǎn)自由度，如圖 31 腰部設(shè)計(jì) ,內(nèi)部傳動(dòng)，如 圖 33 腰部?jī)?nèi)部傳動(dòng)設(shè)計(jì) 。而小臂與大臂之間用一同步帶 11（黑色）連接，當(dāng)大臂 5 上軸旋轉(zhuǎn)，便經(jīng)由同步帶使得小臂 6 的軸旋轉(zhuǎn)，最終使得小臂 6 旋轉(zhuǎn)起來(lái)，設(shè)計(jì)如圖 34 小臂傳動(dòng)設(shè)計(jì) 。在進(jìn)行機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循下述原則 [6]； ；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算簡(jiǎn)化，有利于機(jī)器人的控制。工作空間的形狀和大小與機(jī)器人手臂的長(zhǎng)度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系。 ，應(yīng)在保證機(jī)器人手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。目前，在國(guó)外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)器人手臂。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 ，以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差。 ，這對(duì)減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng) 速度是非常有利的。 位塊，以及驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。而用馬達(dá)15 驅(qū)動(dòng)小齒輪 16 轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)與之嚙合的大齒輪 17 轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)手腕部分的上下俯仰擺動(dòng)，如圖 36 腕部俯仰設(shè)計(jì) 。 圖 35 腕部轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì) 12傳動(dòng)電機(jī) 13齒輪傳動(dòng)裝置 14傳動(dòng)軸 15