機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的意義</p><p>　　1、熟悉機(jī)械手的應(yīng)用場(chǎng)合及有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)的步驟；</p><p>　　2、機(jī)械手可以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度，減輕人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)；</p><p>　　3、結(jié)合機(jī)械手設(shè)計(jì)這方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中

2、學(xué)會(huì)怎樣發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題、解決問(wèn)題。</p><p>　　1.2國(guó)外的機(jī)械情況</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化 。</p><p>　　機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電

3、磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。</p><p>　　1962年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Uni-mate(即萬(wàn)能自動(dòng))。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司（Unimaton）,專門(mén)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。</p>&

4、lt;p>　　1962年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。</p><p>　　1978年美國(guó)Uni-mate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Uni-mate型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于

5、裝配作業(yè)，定位誤差可小于±1毫米。</p><p>　　美國(guó)還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。如Uni-mate公司建立了8年機(jī)械手試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由400小時(shí)提高到1500小時(shí)，精度可提高到±0.1毫米。</p><p>　　德國(guó)機(jī)器

6、制造業(yè)是從1970年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國(guó)Kn-Ka公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。</p><p>　　瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。</p><p>　　瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。</p><p>　　日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969

7、年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道，1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1976年大學(xué)和國(guó)家研究部門(mén)用在機(jī)械手的研究費(fèi)用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長(zhǎng)50%。智能機(jī)械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機(jī)械

8、手累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長(zhǎng)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到1990年將有55萬(wàn)機(jī)器人在工作。</p><p>　　第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。</p>

9、<p>　　第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。</p><p>　　隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)械人）研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)

10、開(kāi)展很多。</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)形勢(shì)[1]：</p><p>　　經(jīng)過(guò)近十年的努力，我國(guó)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的開(kāi)發(fā)方面已具有相當(dāng)?shù)膶?shí)力，已有一支了解企業(yè)的需求，能開(kāi)發(fā)出符合實(shí)際使用條件應(yīng)用工程，成本低，服務(wù)及時(shí)，具備與國(guó)外公司的競(jìng)爭(zhēng)能力，因此加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的開(kāi)發(fā)，并圍繞應(yīng)用工程的需要進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，使之具有一定的規(guī)?；a(chǎn)能力，這樣可以促進(jìn)我國(guó)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和

11、提高競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用也可形成具有一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　如果說(shuō)20 世紀(jì)90 年代機(jī)床創(chuàng)新的最大成就是發(fā)明并聯(lián)機(jī)床的話，那么當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人在機(jī)床上的應(yīng)用已成為發(fā)展的一大趨向。機(jī)器人與機(jī)床相結(jié)合，以往主要是解決工件自動(dòng)上下料搬運(yùn)問(wèn)題，致使機(jī)床得以無(wú)人化24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。如擅長(zhǎng)專機(jī)制作的意大利COMAU 公司，他們比較成熟地將缸體及缸蓋生產(chǎn)線中的零件搬運(yùn)，設(shè)計(jì)成由機(jī)器人完成。當(dāng)然，對(duì)工件的

12、拋光打磨、清洗及其它臟、累活也是機(jī)器人表現(xiàn)的舞臺(tái)。去年9 月在漢諾威EMO2005 展覽會(huì)上，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用非常搶眼，而且它應(yīng)用的領(lǐng)域也在擴(kuò)大。然而在這次CCMT2006 展覽會(huì)上，值得一機(jī)器人應(yīng)用是當(dāng)今機(jī)床發(fā)展的一大趨向提的是1 號(hào)館W 1 - 9 1 6 意大利意沃樂(lè)EVOLUT 公司，這個(gè)歐洲最大的機(jī)器人應(yīng)用與集成公司，他們的一臺(tái)DC-5 機(jī)器人修邊、倒角裝置特別引人注目。該機(jī)器人可以裝夾工具對(duì)主軸上零件修邊去毛刺，甚至機(jī)器人可

13、以加裝動(dòng)力源用刀具對(duì)零件進(jìn)行加工，因此它已將機(jī)械人傳統(tǒng)的搬運(yùn)、噴漆、焊接工作范圍擴(kuò)展到了金屬切削及拋光領(lǐng)域。</p><p>　　工作單元還可以配備各種上料方式：如帶視頻裝置可抓取隨機(jī)擺放的工件，或以旋轉(zhuǎn)臺(tái)擺放，或以傳送帶擺放等等。DC-5 工作單元可以處理的最大負(fù)荷為120/150kg。適宜加工的金屬材料為鋁鎂合金、銅、鉛、鑄鐵等。可以代替至少四個(gè)工人的工作量。3 D 編程軟件將以往8 小時(shí)編程時(shí)間縮減為15

14、分鐘，為小批量多品種的工件提供最好的解決方案。意沃樂(lè)公司除此以外最常涉足的領(lǐng)域還有用于壓鑄單元、車、銑中心單元、復(fù)合機(jī)床單元、零件拋光單元上的各種機(jī)械人應(yīng)用等等。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，勢(shì)必勞動(dòng)力的成本將越來(lái)越高，對(duì)環(huán)保及安全的要求將越來(lái)越嚴(yán)，所以工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用必將與時(shí)俱進(jìn)。而且，由機(jī)器人干出的工件，譬如說(shuō)打磨，其零件的一致性肯定比人工來(lái)得好，因此歐洲有些名牌汽車制造商甚至對(duì)某些零件的某些工步，規(guī)定必須由機(jī)器人來(lái)操作。由此看來(lái)，工業(yè)

15、機(jī)器人在機(jī)床上的應(yīng)用會(huì)將越來(lái)越廣。</p><p>　　國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：</p><p>　　1.工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操做和維修)，而單機(jī)不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從1991年的10.3萬(wàn)美元降至2002年的6.5萬(wàn)美元。</p><p>　?、?機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)

16、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)，國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)世。</p><p>　?、?工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維</p><p><b>　　2 總體分析</b></p><

17、p><b>　　2.1自由度分析</b></p><p>　　該機(jī)械手臂用于物流生產(chǎn)線上物品的抓取和易位。整個(gè)機(jī)械臂安裝在一個(gè)回轉(zhuǎn)支座上，回轉(zhuǎn)角度范圍為360°；肩關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié),回轉(zhuǎn)角度范圍為360°；小臂相對(duì)于大臂可擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為60°-120°；小臂末端的手腕也可以擺動(dòng)，水平和垂直擺動(dòng)范圍為-60°到+60°；手腕的末

18、端安裝一機(jī)械手，機(jī)械手具有開(kāi)閉能力，用于直徑30-45mm工件的抓取。</p><p>　　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。</p><p><b>　　2.2功能分析</b></p><p>　　該機(jī)構(gòu)是一個(gè)五自由度的工業(yè)機(jī)械手，能完成夾緊、旋轉(zhuǎn)、俯仰、搖擺以及回轉(zhuǎn)動(dòng)作，可用于工業(yè)流水線上的操

19、作。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-60°到60°。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</p><p>　　2.3機(jī)械手的機(jī)構(gòu)形式</p><p>　　基座的回轉(zhuǎn)可以進(jìn)行360°的

20、回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體除基座以外機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)（腰部）；與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)肩關(guān)節(jié)，可以帶動(dòng)大臂，小臂，手腕及工件的上下轉(zhuǎn)動(dòng)，幅度較大，可以滿足60°-120°的俯仰要求（肩部）；與此相連部分為左右搖擺機(jī)構(gòu)，能夠完成-60°~60°度的左右來(lái)回?cái)[動(dòng)，可滿足機(jī)器人工作空間上高度的要求（肘部）；接著下去手腕的是俯仰機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可實(shí)現(xiàn)上下俯仰動(dòng)作，也可完成左右擺動(dòng)，分別實(shí)現(xiàn)手爪的俯仰和擺動(dòng)，角度范圍為-60

21、°~60°。機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng)控制各自由度的動(dòng)作，簡(jiǎn)單方便且功率大，各自由度之間相互聯(lián)系且獨(dú)立，動(dòng)作時(shí)互不干涉。</p><p>　　2.4各關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)原理及分析</p><p>　　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)。</p><p>　　肩部機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)減速此輪

22、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　肘部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)屈|伸動(dòng)作。由上臂外層，上臂內(nèi)層，定位螺釘，電機(jī)，齒輪組成。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。</p><p>　　前臂機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)前臂的內(nèi)轉(zhuǎn)|外轉(zhuǎn)和腕關(guān)節(jié)的外展|內(nèi)收兩個(gè)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

23、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。腕關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，因此可以直接用小電機(jī)帶動(dòng)腕關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)。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。腕關(guān)節(jié)俯仰用電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 </p><p><b>　　2.5電機(jī)布局分析</b></p><p>　　機(jī)器人的結(jié)構(gòu)布局，對(duì)其綜合性能有很大影響。首先看一下機(jī)器人本體主要部件的布局。

24、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。如果把電機(jī)2也同樣安裝在機(jī)座上，那么它的傳動(dòng)則是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)殡姍C(jī)1和電機(jī)2均在機(jī)座上，并且都要傳動(dòng)到腰部和肩關(guān)節(jié)，無(wú)疑會(huì)增加基座和腰部的體積，而且在絲桿的傳動(dòng)中可以到達(dá)很高的速度，故把電機(jī)2安裝在機(jī)器人的頂部直接驅(qū)動(dòng)齒輪。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

25、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。</p><p>　　3機(jī)械手方案的創(chuàng)成和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)</p><p>　　串聯(lián)型機(jī)械手設(shè)計(jì)與一般的機(jī)械設(shè)計(jì)相比，有很多不同之處。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(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈。開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)使得機(jī)械

26、手的運(yùn)動(dòng)分析和靜力分析復(fù)雜，兩相鄰桿件坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系，末端執(zhí)行器的位姿與各關(guān)節(jié)變量之間的關(guān)系，末端執(zhí)行器的受力和各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩（或力）之間的關(guān)系等，都不是一般分析機(jī)構(gòu)方法能解決的了的，需要建立一套針對(duì)空間的開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)，靜力學(xué)方法。末端執(zhí)行器是運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的主要內(nèi)容。</p><p>　　其次，由于開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)相當(dāng)于一系列懸掛臂桿件串聯(lián)在一起，機(jī)械誤差和彈性變形的累積使機(jī)器人的剛度和精度大受影響。因此在進(jìn)行機(jī)

27、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)。</p><p>　　再次，機(jī)械手是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到驅(qū)動(dòng)和控制等方面的問(wèn)題，這和一般的機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不同。</p><p>　　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。</p><p>　　3.2與機(jī)械手有關(guān)的概念[7]</p><

28、p>　　自由度：機(jī)械手一般都為多關(guān)節(jié)的空間機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)副通常有很多移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副。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)。以移動(dòng)副相連的關(guān)節(jié)為移動(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)。主動(dòng)關(guān)節(jié)的數(shù)目成為機(jī)械手的自由度。</p><p>　　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：</p><p>　?。?）直角坐標(biāo)型 這種機(jī)械

29、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。其手腕能擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。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，而且其適應(yīng)性比較差。</p><p>　　（2）圓柱坐標(biāo)型 該機(jī)械手前三個(gè)關(guān)節(jié)為兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，以θ，r，z為坐標(biāo)，位置函數(shù)為P=f（θ，r，z），其中，r是手臂徑向長(zhǎng)度，z是垂直方向的位移，θ是手臂繞垂直軸的角位移。

30、這種形式的機(jī)器人占用空間小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。</p><p>　?。?）球坐標(biāo)型 具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)。以θ，Ø，y為坐標(biāo)，位置函數(shù)為P=f（θ，Ø，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。</p><p>　　（4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)型 有垂直關(guān)節(jié)型和水平關(guān)節(jié)型機(jī)械手，前三個(gè)關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，特點(diǎn)是動(dòng)作靈活，工作空間大，占用面積小，缺點(diǎn)是剛度和精

31、度較差。</p><p><b>　　3.3方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.3.1需求分析</b></p><p>　　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：</p><p>　?。?）抓取物件為直徑為50mm的立方形產(chǎn)品，長(zhǎng)度為150m

32、m。</p><p>　?。?）抓取和放下的時(shí)間盡可能的短。</p><p>　　（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。</p><p>　　3.3.2機(jī)械手的自由度的分配</p><p>　　本課題要求機(jī)械手臂能達(dá)到工作空間的任意位置和姿態(tài)，同時(shí)考慮到產(chǎn)品的長(zhǎng)度為

33、150mm，采用單臂機(jī)械手進(jìn)行夾持和堆放，其中手爪的橫向尺寸為200mm，綜合考慮后該機(jī)械手的五個(gè)自由度，其均為轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其中機(jī)身腰部一個(gè)自由度，大臂小臂各一個(gè)自由度，手腕處兩個(gè)自由度。</p><p>　　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)。</p><p>　　3.3.3方案的描述</p><p>　　機(jī)械手本體由機(jī)

34、座，大臂，小臂，手腕，末端執(zhí)行器，和驅(qū)動(dòng)裝置組成。參考同類機(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。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求及使用的范圍，定出該型機(jī)械手的主要性能參數(shù)如表2-1所示，其中θ1代表腰部轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)角度。</p><p>　　表2-1機(jī)械手主要性能參數(shù)</p><p&

35、gt;　　根據(jù)其用途和特點(diǎn)提出如下技術(shù)參數(shù)：</p><p><b>　　自由度數(shù)目：5 個(gè)</b></p><p>　　坐標(biāo)形式：垂直關(guān)節(jié)型</p><p>　　額定負(fù)荷質(zhì)量（含末端執(zhí)行器）：48kg</p><p>　　最大活動(dòng)半徑：1280mm</p><p>　　本體重量：≤200kg&l

36、t;/p><p>　　各關(guān)節(jié)最大工作轉(zhuǎn)速見(jiàn)下表2-2。</p><p>　　表2-2 各關(guān)節(jié)最大工作轉(zhuǎn)速</p><p>　　3.3.4該方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　該機(jī)械手的本體結(jié)構(gòu)組成如圖2-3</p><p>　　圖2-3成品裝夾機(jī)械手本體組成</p><p>　　各部件組成和功能

37、描述如下：</p><p><b>　　底座部件：</b></p><p>　　底座部件包括底座、齒輪傳動(dòng)部件、軸承，步進(jìn)電機(jī)等。機(jī)座作用是支撐部件，支承和轉(zhuǎn)動(dòng)大臂部件,承受機(jī)械手的全部重量和工作載荷，所以機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。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。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的手臂通

38、常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等）與驅(qū)動(dòng)源（如液壓、氣壓或電機(jī)等）相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)</p><p>　　手臂分為大臂和小臂。大臂部件：包括大臂和齒輪傳動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)電機(jī)。小臂部件：包括小臂、傳動(dòng)軸、同步傳動(dòng)帶等，在小臂一端固定驅(qū)動(dòng)手腕運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)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。末端執(zhí)行器：因?yàn)樽ト〉呐髁闲螤顬殚L(zhǎng)方體，載面積為，長(zhǎng)

39、度為，所以末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)得開(kāi)合范圍?？紤]在指尖的平面上貼傳感器片，進(jìn)行力的控制。</p><p>　　4 機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動(dòng)方案的選擇</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，參考國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)[8]，初步對(duì)各個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方案單獨(dú)分析。</p><p>　　4.1 腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)</p><p>　　腰部外安放一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1

40、，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3-1腰部設(shè)計(jì),內(nèi)部傳動(dòng)，如圖3-3腰部?jī)?nèi)部傳動(dòng)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　圖3-1腰部設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1-電機(jī)1 5-大臂</p><p>　　圖3-3腰部?jī)?nèi)部傳動(dòng)設(shè)計(jì)</p><p>　　

41、2-蝸桿 3-渦輪 4-主軸</p><p>　　4.2 大臂和小臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)</p><p>　　在大臂與肩部連接關(guān)節(jié)處安裝一驅(qū)動(dòng)電機(jī)7，帶動(dòng)與之相連的小齒輪8旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)與小齒輪8嚙合的大齒輪9旋轉(zhuǎn)，大齒輪旋轉(zhuǎn)使得與之相連的軸10旋轉(zhuǎn)，這樣最終轉(zhuǎn)動(dòng)大臂5，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-3大臂傳動(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

42、得小臂6旋轉(zhuǎn)起來(lái)，設(shè)計(jì)如圖3-4小臂傳動(dòng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖3-3大臂傳動(dòng)設(shè)計(jì)</p><p>　　7-電機(jī) 8-小齒輪 9-大齒輪 10- 傳動(dòng)軸 11-同步帶</p><p>　　圖3-4小臂傳動(dòng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5-大臂 6-小臂</b></p><p>　　4.2

43、.1機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　機(jī)器人手臂的作用，是在一定的載荷和一定的速度下，實(shí)現(xiàn)在機(jī)器人所要求的工作空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循下述原則[6]；</p><p>　　1.應(yīng)盡可能使機(jī)器人手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行；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。</p><p>　　2.機(jī)器人手臂的

44、結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人工作空間的要求。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。但機(jī)器人手臂末端工作空間并沒(méi)有考慮機(jī)器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對(duì)機(jī)器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實(shí)現(xiàn)的空間要小于上述沒(méi)有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。</p><p>　　3.為了提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度與控制精度，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。

45、力求選用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，通常選用高強(qiáng)度鋁合金制造機(jī)器人手臂。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。碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高，抗振性好，比重?。ㄆ浔戎叵喈?dāng)于鋼的1/4，相當(dāng)于鋁合金的2/3），但是，其價(jià)格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問(wèn)題，故還未能在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。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)。在保證所需強(qiáng)度與剛度的情況下，減輕機(jī)器人手臂的重量。</p>

46、<p>　　4.機(jī)器人各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差。因此，各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。</p><p>　　5.機(jī)器人的手臂相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡，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。在設(shè)計(jì)機(jī)器人的手臂時(shí)，應(yīng)盡可能利用在機(jī)器人上安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來(lái)減小機(jī)器人手臂的不平衡重量。 </p>

47、<p>　　6.機(jī)器人手臂在結(jié)構(gòu)上要考慮各關(guān)節(jié)的限位開(kāi)關(guān)和具有一定緩沖能力的機(jī)械限位塊，以及驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。</p><p>　　4.3 腕部活動(dòng)關(guān)節(jié)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)12的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)圓柱型裝置13內(nèi)部直齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)，從而帶動(dòng)軸14的轉(zhuǎn)動(dòng)，便可實(shí)現(xiàn)手腕部分的旋轉(zhuǎn)自由度，如圖3-5腕部轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)。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

48、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3-6腕部俯仰設(shè)計(jì)。該方案的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，整體重量也相對(duì)更重，但緊湊性更好，可以自由選擇電機(jī)類型，因此運(yùn)用范圍也更廣。</p><p>　　圖3-5腕部轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)</p><p>　　12-傳動(dòng)電機(jī) 13-齒輪傳動(dòng)裝置 14-傳動(dòng)軸</p><p>　　圖3-6腕部俯仰設(shè)計(jì)</p><p&g

49、t;　　15-傳動(dòng)電機(jī) 16-小齒輪 17-大齒輪</p><p>　　4.3.1機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1.機(jī)器人手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)作業(yè)需要來(lái)設(shè)計(jì)[3]。機(jī)器人手腕自由度數(shù)目愈多，各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度愈大，則機(jī)器人腕部的靈活性愈高，機(jī)器人對(duì)對(duì)作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強(qiáng)。但是，自由度的增加，也必然會(huì)使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，機(jī)器人的控制更困難，成本也會(huì)增加。因此，手腕的自由度數(shù)，應(yīng)

50、根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求來(lái)確定。在滿足作業(yè)要求的前提下，應(yīng)使自由度數(shù)盡可能的少。一般的機(jī)器人手腕的自由度數(shù)為2至3個(gè)，有的需要更多的自由度，而有的機(jī)器人手腕不需要自由度，僅憑受臂和腰部的運(yùn)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)作業(yè)要求的任務(wù)。因此，要具體問(wèn)題具體分析，考慮機(jī)器人的多種布局，運(yùn)動(dòng)方案，選擇滿足要求的最簡(jiǎn)單的方案。</p><p>　　2.機(jī)器人腕部安裝在機(jī)器人手臂的末端，在設(shè)計(jì)機(jī)器人手腕時(shí)，應(yīng)力求減少其重量和體積，結(jié)構(gòu)力求緊湊。為了減

51、輕機(jī)器人腕部的重量，腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器采用分離傳動(dòng)。腕部驅(qū)動(dòng)器一般安裝在手臂上，而不采用直接驅(qū)動(dòng)，并選用高強(qiáng)度的鋁合金制造。</p><p>　　3.機(jī)器人手腕要與末端執(zhí)行器相聯(lián)，因此，要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸末端執(zhí)行器。</p><p>　　4.機(jī)器人的手腕機(jī)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證力與運(yùn)動(dòng)的傳遞。</p><p>　　5.要設(shè)有可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整

52、機(jī)構(gòu)，以減小空回間隙，提高傳動(dòng)精度。</p><p>　　6.手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)要有限位開(kāi)關(guān)，并設(shè)置硬限位，以防止超限造成機(jī)械損壞。</p><p>　　4.4 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方案的對(duì)比分析及選擇</p><p>　　通常，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式有以下四種[4]：</p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī) 可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能好，而且成本低

53、廉；通常不需要反饋就能對(duì)位置和速度進(jìn)行控制；位置誤差不會(huì)積累；步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力（變磁阻式）和保持轉(zhuǎn)矩（永磁式）的能力，有利于控制系統(tǒng)的定位。但步進(jìn)電機(jī)基本上不具有過(guò)載能力，功率偏大者，體積較大，并且其空間分辨率較低；功率較小者，只適于傳動(dòng)功率不大的關(guān)節(jié)或小型機(jī)器人。</p><p>　?。?）直流伺服電機(jī) 直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)力矩，相對(duì)功率大及快速響應(yīng)等特點(diǎn)，并且控制技術(shù)成熟。但其結(jié)構(gòu)復(fù)

54、雜，體積偏大，成本較高，而且需要外圍轉(zhuǎn)換電路與微機(jī)配合實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。若使用直流伺服電機(jī)，還要考慮電刷放電對(duì)實(shí)際工作的影響。</p><p>　?。?）交流伺服電機(jī) 交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，體積較小，運(yùn)行可靠，使用維修方便，價(jià)格比直流伺服電機(jī)便宜，但高于步進(jìn)電機(jī)。隨著可關(guān)斷晶閘管 GTO，大功率晶閘管 GTR 和場(chǎng)效應(yīng)管 MOSFET 等電子器件、脈沖調(diào)寬技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流伺服電機(jī)在調(diào)速性能方面可以與

55、直流電機(jī)媲美。采用 16 位CPU+32 位 DSP 三環(huán)（位置、速度、電流）全數(shù)字控制，增量式碼盤(pán)的反饋可達(dá)到很高的精度。三倍過(guò)載輸出扭矩可以實(shí)現(xiàn)很大的啟動(dòng)功率，提供很高的響應(yīng)速度。</p><p>　　（4）液壓伺服馬達(dá) 液壓伺服馬達(dá)具有較大的功率/體積比，運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，定位精度較高，負(fù)載能力也比較大，能夠抓住重負(fù)載而不產(chǎn)生滑動(dòng)，從體積、重量及要求的驅(qū)動(dòng)功率這幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)考慮，不失為一個(gè)合適的選擇方案。但是，

56、其費(fèi)用較高，而且其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，維護(hù)不方便。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)研究的機(jī)械手的額定負(fù)載一般，體積和重量均要求小，綜合分析后，決定采用混合式步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)。腰部、大臂和小臂要求動(dòng)態(tài)特性好、傳動(dòng)功率較大，采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；腕部所需傳動(dòng)功率較小，采用混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　4.5驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇</p><p>

57、　　機(jī)器人采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，這也是現(xiàn)代機(jī)械手應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手靈活自由地移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用了交流電源供電。電動(dòng)機(jī)可以選擇步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)。使用直流伺服電機(jī)能構(gòu)成閉環(huán)控制，精度高，額定轉(zhuǎn)速高，但價(jià)格較高，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有成本低，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，確定該機(jī)械手的3個(gè)關(guān)節(jié)和腰部旋轉(zhuǎn)都采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，開(kāi)環(huán)控制

58、。</p><p>　　在現(xiàn)代機(jī)械手結(jié)構(gòu)中廣泛使用這各種軸承，常用的有環(huán)形軸承和交叉滾子軸承。</p><p>　　這幾種機(jī)械手專用軸承具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，精度高，剛度大，承載能力強(qiáng)（可承受徑向力、軸向力、傾覆力矩）和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。單考慮到這些軸承價(jià)格昂貴，而是用普通的球軸承或滾子軸承也能滿足結(jié)構(gòu)的需要，所以再該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)中仍然全部采用球軸承。</p><p>　

59、　在電機(jī)的布置上，考慮盡量將電機(jī)放置在相應(yīng)的操作臂的前端，這樣可以減小扭矩，同時(shí)也可以起到重力平衡的作用，但同時(shí)盡量避免過(guò)長(zhǎng)的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　4.5.1電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計(jì)算</p><p>　　由于傳動(dòng)負(fù)載作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)</p><p>　　負(fù)載額定功率： （3-1）</p&

60、gt;<p>　　負(fù)載加速功率： （3-2）</p><p>　　負(fù)載力矩（折算到電機(jī)軸）： </p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　負(fù)載GD（折算到電機(jī)軸）： </p><p><b>　?。?-4）</b

61、></p><p>　　起動(dòng)時(shí)間： </p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　制動(dòng)時(shí)間： </p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　式中，-----為額定功率，KW；</p>

62、<p>　　-----為加速功率，KW；</p><p>　　-----為負(fù)載軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；</p><p>　　-----為電機(jī)軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；</p><p>　　-----為負(fù)載的速度，m/min；</p><p>　　-----為減速機(jī)效率；</p><p>　　-----為摩擦系數(shù)

63、；</p><p>　　-----為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載軸），；</p><p>　　-----為電機(jī)啟動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩，；</p><p>　　-----為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（折算到電機(jī)軸上），；</p><p>　　-----為負(fù)載的，；</p><p>　　-----為負(fù)載（折算到電機(jī)軸上），；</p><p>

64、;　　-----為電機(jī)的，；</p><p>　　具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)腰部的回轉(zhuǎn)，傳遞運(yùn)動(dòng)形式屬于第二種。下面進(jìn)行具體的計(jì)算。</p><p>　　因?yàn)檠炕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上有；</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中,--

65、---為滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)，取0.005；</p><p>　　-----為機(jī)械手本身與負(fù)載的重量之和，取100；</p><p>　　-----為回轉(zhuǎn)軸上傳動(dòng)大齒輪分度圓半徑，R=240；</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得 =0.12；</p><p>　　同時(shí)，腰部回轉(zhuǎn)速度定為=5r/min；傳動(dòng)比定為1/120；</p

66、><p>　　且， 帶入數(shù)據(jù)得： =10.45667。</p><p>　　將其帶入上（3-1）~（3-7）式，得：</p><p>　　啟動(dòng)時(shí)間 ； </p><p>　　制動(dòng)時(shí)間 ；</p><p>　　折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：。</p><p>　　4

67、.5.2電機(jī)型號(hào)的選擇</p><p>　　根據(jù)以上結(jié)果，綜合考慮各種因素，選擇國(guó)產(chǎn)北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司（原北京四通電機(jī)公司）的步進(jìn)電機(jī)，具體型號(hào)為：110BYG550B-SAKRMA-0301 或 110BYG550B-SAKRMT-0301 或 110BYG550B-BAKRMT-0301,</p><p>　　該步進(jìn)電機(jī)高轉(zhuǎn)矩，低振動(dòng)，綜合性能很好。下圖為110BYG5

68、50B-SAKRMA-0301型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線和相關(guān)技術(shù)參數(shù)。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)方式：升頻升壓； 步距角：0.36°；</p><p>　　其中步距角0.36，同時(shí)因?yàn)檠魁X輪傳動(dòng)比為1：120，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)減速后傳遞到回轉(zhuǎn)軸，回轉(zhuǎn)軸實(shí)際的步距角將為電機(jī)實(shí)際步距角的1/120（理論上），雖然實(shí)際上存在著間隙和齒輪傳動(dòng)非線性誤差，實(shí)際回轉(zhuǎn)軸的最小步距角也仍然是

69、很小的，故其精度是相當(dāng)高的，完全能滿足機(jī)械手上下料的定位精度要求。</p><p><b>　　4.6傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　傳動(dòng)裝置的作用主要是將驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)力傳遞給機(jī)械手相應(yīng)的執(zhí)行部件，以實(shí)現(xiàn)各種預(yù)訂的運(yùn)動(dòng)。目前常見(jiàn)的傳動(dòng)方式有：皮帶輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、渦輪蝸桿傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、諧波減速傳動(dòng)以及螺旋傳動(dòng)等。波齒輪傳動(dòng)具有體積小、結(jié)構(gòu)

70、緊湊、效率高、能獲得大的傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)，但存在扭動(dòng)剛度較低且傳動(dòng)比不能太小的缺點(diǎn)。行星齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高的優(yōu)點(diǎn)是用語(yǔ)中等減速比傳動(dòng)，單存在齒輪間隙，難以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)過(guò)程中精確位置要求，因此限制了它的廣泛應(yīng)用，渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)常用于要求有大的傳動(dòng)比且傳動(dòng)過(guò)程中要求機(jī)構(gòu)自鎖的場(chǎng)合，這種方式安全性能高，但同樣存在齒側(cè)間隙，而且效率較低。皮帶輪傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，可是存在彈性滑動(dòng)，和鏈傳動(dòng)一樣使用一段時(shí)間過(guò)易松弛，傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中還產(chǎn)生動(dòng)

71、載荷，因此，二者常用于傳動(dòng)精度要求不高的場(chǎng)合。滾珠絲杠傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、摩擦阻力小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)且能夠有效消除傳動(dòng)間隙，無(wú)傳動(dòng)“爬行”現(xiàn)象和不自鎖等優(yōu)點(diǎn)，但是價(jià)格較高。因此滾珠絲杠螺母被廣泛應(yīng)用于要求較高的數(shù)控傳動(dòng)系統(tǒng)中。另外，在數(shù)控傳動(dòng)系統(tǒng)中，同步齒形帶傳動(dòng)由于具有穩(wěn)定的工作性能也得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，采用齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的扭矩，通過(guò)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)將扭矩傳遞到關(guān)節(jié)1，用同步帶

72、傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)由步進(jìn)電機(jī)輸出的扭矩到關(guān)節(jié)2</p><p><b>　　4.7本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括自由度的分配，連桿基本的特性參數(shù)，系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和功能描述，系統(tǒng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)都做了簡(jiǎn)要的概述。</p><p>　　4.8機(jī)械手設(shè)計(jì)總圖</p><p><b>

73、;　　圖3-7設(shè)計(jì)總圖</b></p><p><b>　　圖3-8設(shè)計(jì)總圖</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　此次我做的畢業(yè)設(shè)計(jì)是工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，通過(guò)1個(gè)多月努力，設(shè)計(jì)終于完成。這次設(shè)計(jì)給了我們一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，使我們了解了設(shè)計(jì)工作的基本流程和設(shè)計(jì)的方法以及理念。</

74、p><p>　　在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我遇到了許多以前從未遇到過(guò)的問(wèn)題，但過(guò)通過(guò)指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和我的努力，這些問(wèn)題都得到了較好的解決。</p><p>　　雖然我們?cè)O(shè)計(jì)的只是個(gè)簡(jiǎn)單的上料機(jī)械手，但需要完成伸縮、升降、回轉(zhuǎn)等功能，對(duì)應(yīng)分別要對(duì)這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，控制回路和電機(jī)控制的設(shè)計(jì)。通過(guò)這些機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，使理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過(guò)的專業(yè)理論知識(shí)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我不斷探索、不斷學(xué)

75、習(xí)和修改。自學(xué)了許多相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容，求教了多位專業(yè)老師，上網(wǎng)和在圖書(shū)館查閱大量相關(guān)資料。</p><p>　　由于時(shí)間問(wèn)題，對(duì)于本次機(jī)械手的設(shè)計(jì)還存在許多問(wèn)題，許多地方都還有待改進(jìn)和提高，希望各位專家評(píng)審多多指教。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]熊有倫.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社，2

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