抓取機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第IV頁目 錄摘要IIISummaryIV1緒論11.1 前言和意義11.2 工業(yè)機(jī)械手的簡史11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)31.3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)31.4 本課題背景研究意義52總體結(jié)構(gòu)62.1 坐標(biāo)型式62.1.1 直角坐標(biāo)型機(jī)器人62.1.2 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人62.1.3 球坐標(biāo)型機(jī)器人62.1.4 關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人62.2 驅(qū)動(dòng)形式的選擇72.2.1 氣壓驅(qū)動(dòng)72.2.2 液壓驅(qū)動(dòng)82.2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)82.3 機(jī)械手原則設(shè)計(jì)82.4 自由度82.5 本機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù)92.6 機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理92.7 機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)及工作方式說明103 手爪設(shè)計(jì)123.1 手部設(shè)計(jì)基本要求123.2 典型的手部結(jié)構(gòu)133.3 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算133.3.1 選擇手爪的類型及夾緊裝置133.3.2 手爪夾持范圍計(jì)算153.3.4 滑動(dòng)絲杠設(shè)計(jì)163.3.5 直齒輪設(shè)計(jì)193.3.6 電機(jī)選型194 臂部及腕部設(shè)計(jì)214.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求214.2 小臂基本結(jié)構(gòu)234.3 小臂轉(zhuǎn)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)的計(jì)算選型234.4 大臂基本結(jié)構(gòu)234.5 大臂轉(zhuǎn)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)的計(jì)算選型244.6 腕部設(shè)計(jì)244.6.1 手腕設(shè)計(jì)的基本原則254.6.2 腕部驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型255 結(jié)論27參考文獻(xiàn)28致 謝29抓?。ū诿媾佬校C(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要在當(dāng)今的大型制造業(yè)中，大多數(shù)企業(yè)都注重生產(chǎn)過程中的機(jī)械自動(dòng)化程度，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)在是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的重要成員1。 越來越多的公司認(rèn)可和采用。工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)水平和應(yīng)用技術(shù)在一定程度上反映了一個(gè)國家的機(jī)械自動(dòng)化水平。同時(shí)，許多機(jī)器人可以在困難的環(huán)境中替換工人。并且可以在許多危險(xiǎn)環(huán)境中完成工作要求。目前，工業(yè)機(jī)器人主要從事焊接，噴涂，搬運(yùn)，堆垛等重復(fù)勞動(dòng)密集型工作2。該設(shè)計(jì)將在Solidworks的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)抓取機(jī)器人，用于在核廢料箱中輸送焊接探測(cè)器。首先，本文將設(shè)計(jì)機(jī)械手的手爪，大臂，小臂等結(jié)構(gòu)，然后計(jì)算所需的數(shù)據(jù)，選擇合適的驅(qū)動(dòng)器，傳動(dòng)裝置和連接裝置。從而完成機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)，以滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)模式，傳動(dòng)方式，抓取機(jī)器手Grab (wall crawling) manipulator structure designSummaryIn todays large manufacturing industry, most companies focus on the degree of mechanical automation in the production process, to improve the production efficiency of the product, ensure product quality. Industrial robots are now an important member of industrial automation production lines. More and more companies recognize and adopt. The research and development level and application technology of industrial robots reflect the level of mechanical automation in a country to some extent. Simultaneously, many robots can replace workers in difficult environments. And work requirements can be done in many hazardous environments.At present, industrial robots mainly undertake repetitive and labor-intensive work such as welding, spraying, handling, and stacking. The design will create a grab (wall crawling) robot based on Solidworks,used to transport welding detectors in nuclear waste bins. First of all, this article will design the structure of the manipulators claws, arms, arms, etc, then calculate the required data, choose the right drive, transmission and connecting device. Thereby completing the overall design of the robot, meet the design requirements.Keywords: drive mode，transfer method，grab robot畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第4頁1緒論1.1 前言和意義機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置3。機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床裝卸工件仍由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化大生產(chǎn),針對(duì)具體生產(chǎn)工藝,利用機(jī)器人技術(shù)4，設(shè)計(jì)用一臺(tái)裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，完成一個(gè)特定功能、特殊要求的上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)5，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動(dòng)手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。核工業(yè)用遙控檢測(cè)機(jī)器人的主要作用是用于核廢液對(duì)儲(chǔ)蓄罐的腐蝕情況。它在放射性環(huán)境中工作，需要一臺(tái)機(jī)械手將其送至罐壁面進(jìn)行檢查工作，待機(jī)器人完成檢測(cè)工作后，再將其從壁面抓去回來。本文將設(shè)計(jì)一臺(tái)四自由度折疊式機(jī)械手，文中將主要介紹這種機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)方式。 1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡史1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)1.3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 機(jī)械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。定位精度可以滿足微米及亞微米級(jí)要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到3M/S，量新產(chǎn)品達(dá)到6軸，負(fù)載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。更重國外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。目前世界高端工業(yè)要的是將機(jī)械 手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時(shí)，隨著機(jī)械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)突破傳統(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。概括如下： a. 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)、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)。 b. 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；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 c. 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)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。 d. 關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)； e. 焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真。總的來說，大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對(duì)具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價(jià)比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場(chǎng)化、模塊化的元件。1.3.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)我國的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有 130 多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。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、?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。1.4 本課題背景研究意義機(jī)械手是能模仿人手和臂的某些功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。機(jī)械手并不是簡單意義上的代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了仁德特長的機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時(shí)間工作、精確度高、坑惡劣環(huán)境的能力。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，在現(xiàn)今的生活上,科技日新月益的進(jìn)展之下,機(jī)械手與有人類的手臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度。機(jī)械手的應(yīng)用也將會(huì)越來越廣泛,機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，作業(yè)的準(zhǔn)確性和在特殊環(huán)境中完成作業(yè)的能力。工業(yè)機(jī)械手機(jī)器人的一個(gè)重要分支。按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式。特點(diǎn)是可以通過編程來完各種預(yù)期的作業(yè)，構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)械手機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)。因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手可以減省工人、提高效率、降低成本、提高產(chǎn)品品質(zhì)、安全性好。排爆機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu)，根據(jù)機(jī)器人機(jī)械手合攏于最遠(yuǎn)端位置與抓取最大爆炸物位置兩個(gè)極限位置19。多關(guān)節(jié)機(jī)械手更具有以下優(yōu)點(diǎn):動(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)慣性小、通用性強(qiáng)、能抓取靠近機(jī)座的工件，并能繞過機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作.隨著生產(chǎn)的需要，對(duì)多關(guān)節(jié)手臂的靈活性，定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。多關(guān)節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念，其關(guān)節(jié)數(shù)量可以從三個(gè)到十幾個(gè)重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，甚至更多，其外形也不局限于像人的手臂，而根據(jù)不同的場(chǎng)合有所變化，多關(guān)節(jié)手臂的優(yōu)良性能是單關(guān)節(jié)機(jī)械手所不能比擬的。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械手的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。我國塑料機(jī)械已成為機(jī)械制造業(yè)發(fā)展最快的行業(yè)之一，年需求量在不斷的加大。因此。本課題對(duì)四自由度折疊式機(jī)械手的研究具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。貴州理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第10頁2總體結(jié)構(gòu)2.1 坐標(biāo)型式機(jī)械手依結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度分為直角坐標(biāo)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、球坐標(biāo)型機(jī)器人和關(guān)節(jié)型機(jī)器人。2.1.1 直角坐標(biāo)型機(jī)器人直角坐標(biāo)型機(jī)器人是最簡單的關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其通過互相垂直的軸線位移來改變手部的空間位置。手部在空間三個(gè)相互垂直的方向X、Y、Z上作直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，如圖2.1a所示。它易于實(shí)現(xiàn)高定位精度，控制簡單，運(yùn)動(dòng)直觀性強(qiáng)，空間軌跡易于求解，但操作靈活性差，運(yùn)動(dòng)的速度較低，操作范圍較小。 2.1.2 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上裝有立柱，水平臂可沿立柱上下運(yùn)動(dòng)并可在水平方向伸縮，如圖2.1b所示。其結(jié)構(gòu)簡單，便于幾何計(jì)算，工作范圍較大，運(yùn)動(dòng)速度較高，但隨著水平臂沿著水平方向伸長，其線位移分辨精度越來越低。 2.1.3 球坐標(biāo)型機(jī)器人球坐標(biāo)型機(jī)器人的工作臂不僅可繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，還可繞水平軸作俯仰運(yùn)動(dòng)，且能沿著手臂軸線作伸縮運(yùn)動(dòng)，如圖2.1c所示。其操作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，并能擴(kuò)大機(jī)器人的工作空間，但旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)反映在末端執(zhí)行器上的線位移分辨率是一個(gè)變量。 2.1.4 關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人主要有立柱、前臂和后臂組成。如圖2.1d所示。其全部關(guān)節(jié)皆為轉(zhuǎn)動(dòng)型關(guān)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊，操作靈活性最好，運(yùn)動(dòng)速度較高，操作范圍大，所占空間體積小，相對(duì)的工作空間最大，還能繞過基座周圍的一些障礙，是機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，但精度受手臂位姿的影響，實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)較困難。圖 2.1 關(guān)節(jié)型機(jī)器人坐標(biāo)型式（a) 直角坐標(biāo)型機(jī)器人 （b) 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 （c) 球坐標(biāo)型機(jī)器人 （d) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人2.2 驅(qū)動(dòng)形式的選擇驅(qū)動(dòng)部分是機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分，機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)形式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)三種基本類型。2.2.1 氣壓驅(qū)動(dòng)在所有的驅(qū)動(dòng)方式中，氣壓驅(qū)動(dòng)是最簡單的。使用壓力通常在0.4一0.6Mpa，最高可達(dá)1Mpa。用氣壓伺服實(shí)現(xiàn)高精度是困難的，但在滿足精度的場(chǎng)合下，氣壓驅(qū)動(dòng)在所有的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)形式中是質(zhì)量最輕、成本最低的。氣壓驅(qū)動(dòng)主要優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有緩沖作用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可以在高溫、粉塵等惡劣的環(huán)境中工作。其缺點(diǎn)是:功率質(zhì)量比小，裝置體積大，同時(shí)由于空氣的可壓縮性使得機(jī)器人在任意定位時(shí)，位姿精度不高。2.2.2 液壓驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)是以高壓油作為介質(zhì)，體積較氣壓驅(qū)動(dòng)小，功率質(zhì)量比大，驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)，且系統(tǒng)的固有效率高，快速性好，同時(shí)液壓驅(qū)動(dòng)調(diào)速比較簡單，能在很大范圍實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。但由于壓力高，總是存在漏油的危險(xiǎn)，這不僅影響工作穩(wěn)定性和定位精度，而且污染環(huán)境，所以需要良好的維護(hù)，以保證其可靠性。液壓驅(qū)動(dòng)比電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性就是它本身的安全性，由于電動(dòng)機(jī)存在著電弧和引爆的可能性，要求在易爆區(qū)域中所帶電壓不超過9V，但液壓系統(tǒng)不存在電弧問題。2.2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)是利用各種電機(jī)產(chǎn)生的力或轉(zhuǎn)矩，直接或經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)負(fù)載，減少了由電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，直接獲得要求的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。電氣驅(qū)動(dòng)是目前機(jī)器人是用得最多的一種驅(qū)動(dòng)方式。其特點(diǎn)是易于控制，運(yùn)動(dòng)精度高，響應(yīng)快，使用方便，驅(qū)動(dòng)力較大，信號(hào)監(jiān)測(cè)、傳遞、處理方便，成本低廉，驅(qū)動(dòng)效率高，不污染環(huán)境，可以采用多種靈活的控制方案。由于本課題所研究的爬行機(jī)器人驅(qū)動(dòng)負(fù)載小，要求結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高，所以選用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2.3 機(jī)械手原則設(shè)計(jì)該抓取機(jī)械手設(shè)計(jì)總的有三條原則：第一是手部要盡可能的覆蓋較大空間；第二是根據(jù)抓取物的態(tài)勢(shì)調(diào)整自身姿態(tài)；第三是以盡量輕的自身重量達(dá)到合適合理的最大負(fù)載承載能力。2.4 自由度機(jī)械手的設(shè)計(jì)其實(shí)是模仿人臂的功能為基礎(chǔ)，再根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行具體設(shè)計(jì)處理。人臂的肩、肘和腕關(guān)節(jié)共有六個(gè)自由度，其中大臂和腕部能做兩個(gè)方向的擺動(dòng)，小臂能做一個(gè)方向的擺動(dòng)和有限的轉(zhuǎn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)引入運(yùn)載車，以使機(jī)械手能在罐內(nèi)移動(dòng)，可以省略其肩部和腕部的橫向移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，故本設(shè)計(jì)只需四個(gè)自由度即可，滿足課題要求。機(jī)械手工作方式如圖2.2所示。圖 2.2 機(jī)械手工作方式示意圖2.5 本機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù)夾持對(duì)象：焊縫檢測(cè)器，形狀為矩形。檢測(cè)器最小尺寸：200*100*30 mm3 ，重量1.0kg。 檢測(cè)器最大尺寸： 300*200*100 mm3 ，重量2.0kg。 機(jī)械手類型：關(guān)節(jié)坐標(biāo)式。 機(jī)械手總高：1000mm。 機(jī)械手最大回轉(zhuǎn)角度：360度。 機(jī)械手自由度：4 自由度。2.6 機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理本機(jī)械手原理簡圖如圖2.3所示圖 2.3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理簡圖2.7 機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)及工作方式說明機(jī)械手三維圖如圖2.4所示?；疑糠譃檫\(yùn)載小車。兩個(gè)綠色的部分為小臂和大臂（與小車相連的是大臂，與手爪相連的是小臂）大臂和小車相連部分裝了一個(gè)紫色的電機(jī)，它是大臂旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源（機(jī)構(gòu)第一個(gè)自由度）大臂和小臂相連的部分也裝了一個(gè)紫色的電機(jī)，它是小臂旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源（機(jī)構(gòu)第二個(gè)自由度）小臂和手爪連接部分的那個(gè)紫色的電機(jī)是手腕的動(dòng)力源（機(jī)構(gòu)第三個(gè)自由度）。底部透明部分為齒輪室，它有兩個(gè)作用：第一，保護(hù)齒輪正常運(yùn)轉(zhuǎn)；第二，齒輪室的側(cè)壁上面開有小孔，用來和連接板相連紫色部分為手爪電機(jī)，是手爪的動(dòng)力源下方有兩個(gè)齒輪是配合在一起的藍(lán)色部分為絲桿，土黃色部分為推桿和拉桿灰色部分為絲桿螺套，它的作用有兩個(gè)：第一，把絲桿和推桿連接起來；第二，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)絲桿螺套在豎直方向運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榻z桿螺套與推桿是固定在一起的，這時(shí)候就會(huì)帶動(dòng)推桿進(jìn)行豎直方向的運(yùn)動(dòng)，從而使推桿上方連接的兩個(gè)拉桿開合黑色部分為工作塊，其上裝有紅色的橡膠夾塊，它們會(huì)在拉桿的作用下進(jìn)行水平方向的移動(dòng)，從而完成對(duì)實(shí)物的夾持。圖 2.4 機(jī)械手三維圖貴州理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第19頁3 手爪設(shè)計(jì)手部（亦稱抓取機(jī)構(gòu)）是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等的不同，所以工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)多種多樣，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而定的。歸結(jié)起來，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夾持和吸附兩大類。夾鉗式手部是由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成的，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸、盤、套類零件。一般情況下，多采用兩個(gè)手指。驅(qū)動(dòng)裝置為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)源有液壓的、氣動(dòng)的和電動(dòng)的等幾種形式。常見的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)往往通過滑槽、斜楔、齒輪齒條、連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)夾緊或放松。夾鉗式手指一般分為平移型和回轉(zhuǎn)型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng)，適合夾持平板、方料。但這種手指結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、體積大，要求加工精度高?；剞D(zhuǎn)型手指的張開閉合靠手指根部（以樞軸支點(diǎn)為中心）的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來完成。樞軸支點(diǎn)為一個(gè)的，稱為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，為兩個(gè)的，稱為雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型。這種手指結(jié)構(gòu)簡單，形狀小巧，但夾持不同工件會(huì)產(chǎn)生夾持定位偏差。3.1 手部設(shè)計(jì)基本要求 a. 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。手指握力（加緊力）大小要適宜，力量過大則動(dòng)力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)，甚至?xí)p壞夾持物；力量過小則夾持不住或產(chǎn)生松動(dòng)、脫落。在確定握力時(shí)，除考慮夾持物重量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和震動(dòng)，以保證夾持安全可靠。面對(duì)手部驅(qū)動(dòng)裝置來說，應(yīng)有足夠的驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)指出，由于機(jī)構(gòu)傳力比不同，在一定的夾持力條件下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需驅(qū)動(dòng)力的大小是不同的。 b. 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）或開閉距離（對(duì)平移型手指從張開到閉合的直線距離），以便于抓取或退出工件。 c. 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。 d. 應(yīng)保證被夾持物在手指內(nèi)的夾持精度。應(yīng)保證每個(gè)被夾持的工件，在手指內(nèi)部都有準(zhǔn)確的相對(duì)位置。這對(duì)一些有方位要求的場(chǎng)合更為重要，如曲拐、凸輪軸一類的復(fù)雜工件，在機(jī)床上安裝的位置要求嚴(yán)格，因此機(jī)械手的手部在夾持工件后應(yīng)保持相對(duì)的位置精度。e. 應(yīng)考慮通用性和特殊要求。一般情況下，手部多是專用的，為了擴(kuò)大它的使用范圍，提高它的通用化程度，以適應(yīng)夾持不同尺寸和形狀的工件需要，通常采取手指可調(diào)整的辦法，如更換手指甚至更換整個(gè)手部。此外，還要考慮能適應(yīng)工作環(huán)境提出的特殊要求，如耐高溫、耐腐蝕、能承受鍛錘沖擊力等。3.2 典型的手部結(jié)構(gòu) a. 回轉(zhuǎn)型：包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。 b. 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)。 c.平面平移型。3.3 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 選擇手爪的類型及夾緊裝置本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)抓取矩形物體的機(jī)械手。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。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。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。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指結(jié)構(gòu)簡單, 適于夾持平板和圓柱類材料, 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差為零。通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇移動(dòng)型手爪，采用絲杠螺母這種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方式，具體結(jié)構(gòu)如圖3.1（三維圖）3.2（二維圖）所示。圖 3.1 機(jī)械手手爪三維圖運(yùn)行方式為電機(jī)帶動(dòng)直齒輪使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)繼而帶動(dòng)手爪接觸塊移動(dòng)，從而形成手爪的張合，當(dāng)手爪抓到零件時(shí)，電機(jī)停止，手爪形成自鎖，帶動(dòng)零件移動(dòng)。圖 3.2 手爪二維結(jié)構(gòu)圖3.3.2 手爪夾持范圍計(jì)算手爪的夾持部分為由兩跟拉桿控制的工作塊完成，而兩個(gè)工作塊上又分別安裝了四個(gè)橡膠夾塊，橡膠具有彈性大，定伸強(qiáng)度高，抗撕裂性和電絕緣性優(yōu)良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳等特點(diǎn)（見圖3.3）圖 3.3 手爪橡膠下面對(duì)夾塊的夾持范圍進(jìn)行校核：在圖3.1所示中，手爪推桿處于最低位置，即夾塊處于夾持最小距離，可按下式(3.1)計(jì)算 (3.1)其中：L為拉桿長度，為推桿處于最低位置時(shí)拉桿與上蓋的夾角，a為工作塊厚度，b為夾塊厚度。當(dāng)兩根拉桿處于水平位置時(shí)，夾塊處于夾持最大距離，按下式(3.2)計(jì)算 (3.2) 顯然，工作塊的夾持范圍滿足系統(tǒng)要求。3.3.3 夾緊力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的加緊力可按公式（3.3）計(jì)算 （3.3）安全系數(shù)，通常1.2-2.0；本設(shè)計(jì)取=2 。工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率剑?.4）估算 （3.4）（其中a為重力方向的最大上升加速度）；運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度 t響系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.03-0.5s 。方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇 可按下式（3.5）計(jì)算 （3.5）式中f=0.20.3，本設(shè)計(jì)取0.2，則=2.5G被抓取工件所受重力（N)本設(shè)計(jì)采用的參數(shù)值如下：=2；=1+(）/10=1.2 ；=2.5；G=20N故得： FN=21.22.520=120N 3.3.4 滑動(dòng)絲杠設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件：需自鎖。絲杠長度：140mm 。最大質(zhì)量共計(jì)約1100g。絲杠載荷：絲杠豎直時(shí)承受最大軸向力，G=mg (g取10N/kg)。設(shè)計(jì)計(jì)算：（1） 牙型、材料和許用應(yīng)力采用梯形單頭螺紋螺桿材料選45鋼，調(diào)制處理，由機(jī)械手冊(cè)查表可得。許用拉應(yīng)力按下式（3.6）計(jì)算 （3.6）手爪部分為輕載，螺母材料選耐磨鑄鐵。由機(jī)械手冊(cè)查表可得許用彎曲應(yīng)力， 取 ；許用剪應(yīng)力由機(jī)械手冊(cè)查表可得許用壓強(qiáng)，取（2） 按耐磨性計(jì)算螺桿中徑由表中公式（3.7）知， （3.7）采用整體螺母式，取，由GB/T 5796.3-1986，可選，的梯形螺紋、中等精度。螺桿左右兩端分別采用不同的旋向，螺旋副標(biāo)記分別為：，。螺母高度，取則螺紋圈數(shù)圈（3） 自鎖性驗(yàn)算由于單頭螺紋，導(dǎo)程，故螺紋升角可按下式（3.8）計(jì)算，為 （3.8）由機(jī)械手冊(cè)查表可得鋼和耐磨鑄鐵的，取，可得 （3.9），故自鎖可靠。（4） 螺桿強(qiáng)度校核由機(jī)械手冊(cè)查表可得，螺紋摩擦力矩按下式（3.10）計(jì)算， （3.10）代入以下公式（3.11）得 （3.11）（5） 螺母螺紋強(qiáng)度校核因螺母材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋強(qiáng)度即可。由機(jī)械手冊(cè)查表可得牙根寬度：，基本牙高：代入以下中的公式（3.12）（3.13）得 （3.12） （3.13）（6） 橫向振動(dòng)校核對(duì)于鋼制螺桿可按下式（3.14）計(jì)算 （3.14）應(yīng)滿足轉(zhuǎn)速（7） 效率由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)按下式（3.15）計(jì)算 （3.15）效率取為3.3.5 直齒輪設(shè)計(jì)直齒輪具體參數(shù)如表（表3.1）所示表 3.1 直齒輪參數(shù)表項(xiàng) 目符號(hào)齒輪1單位單位齒 輪2 單位幾何參數(shù)：齒數(shù) Z2025法 向 模 數(shù) m n3毫米法 向 壓 力 角 n20度有 效 齒 寬 b12毫米齒 頂 高 系 數(shù) ha*1頂 隙 系 數(shù) c*0.25中 心 距 a67.5毫米分 度 圓 直 徑 d60毫米75毫米轉(zhuǎn) 速n3500r / min2800r / min3.3.6 電機(jī)選型計(jì)算條件：空行程最長，夾緊時(shí)間不超過1.2s螺母移動(dòng)平均速度（3.16）， （3.16）絲杠的平均轉(zhuǎn)速摩擦轉(zhuǎn)矩按下式（3.17）（3.18）計(jì)算（3.17） （3.18） 則按下式（3.19）計(jì)算 （3.19）選用轉(zhuǎn)速為的直流電機(jī)，速比齒輪傳動(dòng)效率、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)效率總效率電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩按式（3.20）計(jì)算： （3.20）電機(jī)軸輸出功率按式（3.21）計(jì)算： （3.21）電機(jī)選用40ZY-02直流電動(dòng)機(jī)。貴州理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第25頁4 臂部及腕部設(shè)計(jì)手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括 3 個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備 3 個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。機(jī)身是直接支承和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)部件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地而成架空軌道運(yùn)動(dòng)。4.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求臂部的結(jié)構(gòu)形式必須根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式、抓取質(zhì)量、動(dòng)作自由度、運(yùn)動(dòng)精度等因素來確定。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況，油（氣）缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因此臂部設(shè)計(jì)一般要注意以下要求。 a. 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕對(duì)于機(jī)械手臂部的承載能力，通常取決于剛度。一般結(jié)構(gòu)上較多采用懸伸梁式。顯然伸縮臂桿的懸伸長度越大，則剛度越差。而且其剛度隨著臂桿的伸縮不斷變化。對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能、位置精度和負(fù)載能力影響很大。為提高剛度，除盡可能縮短臂桿的懸伸長度外，尚應(yīng)注意以下幾項(xiàng)：（1） 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機(jī)身通常既受彎曲（而且不僅是一個(gè)方向的彎曲），也受扭矩，應(yīng)選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。研究表明，在截面面積和單位重量基本相同的情況下，鋼管、工字鋼和槽鋼的慣性距要比圓鋼大得多。所以，機(jī)械手常用無縫鋼管作為導(dǎo)向桿，用工字鋼或槽鋼作為支撐板，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及管道，這樣就是結(jié)構(gòu)緊湊，外形整齊。（2） 提高支承剛度和合理選擇支承間的距離 臂桿或機(jī)身的變形量不僅與本身剛度有關(guān)，而且與支承件的剛度和支承件間的距離有很大關(guān)系。研究表明，當(dāng)其他條件一定時(shí)，如果縮短兩支承件間的距離，可減少臂桿的變形量，但必須注意，這并未未考慮支承的變形。當(dāng)負(fù)荷和懸伸長度一定時(shí)，支撐件間距離越小，則兩支承上受力越大，其彈性變形也越大，此時(shí)，支承件的剛度成為影響臂桿變形量的主要矛盾。 要提高支承剛度，除從支座的結(jié)構(gòu)形狀、底板的剛度，以及支座與底板的連接剛度等方面考慮外，特別注意提高配合面間的接觸剛度。（3） 合理布置作用力的位置和方向 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合具體受力情況，設(shè)法是各作用力引起的變形相互抵消。（4） 注意簡化結(jié)構(gòu) 在設(shè)計(jì)臂部時(shí)，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)簡單，要全面分析各尺寸鏈，在要求的部位合理確定調(diào)整補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以減少重要部件的間隙，從而提高剛度。（5） 提高配合精度 水平放置的手臂，要增加導(dǎo)向桿的剛度，同時(shí)提高其配合精度和相對(duì)位置精度，使稻香桿承受部分或大部分自重和抓取重量。提高活塞和缸體內(nèi)經(jīng)配合精度，以提高手臂前伸時(shí)的剛度。 b. 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平，一般根據(jù)節(jié)拍的要求來決定。一般情況下，手臂的移動(dòng)和回轉(zhuǎn)、俯仰都要求勻速運(yùn)動(dòng)，但在手臂的起動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的，為減少?zèng)_擊，要求起動(dòng)時(shí)間的加速度和終止前減速度不能太大，否則引起沖擊和震動(dòng)。 c. 手臂動(dòng)作應(yīng)靈活為減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦 d. 位置精度要高 一般來說，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度較高，關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置最難控制，故精度差；在手臂上加設(shè)定位裝置和檢測(cè)機(jī)構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢測(cè)裝置最好裝在最后的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)以減少或消除傳動(dòng)、齒合件的間隙。 除此之外，要求機(jī)械手通用性好，能適合多種作業(yè)的要求；工藝性哦那個(gè)號(hào)，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱、冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手還要設(shè)置防塵裝置等。4.2 小臂基本結(jié)構(gòu)小臂的結(jié)構(gòu)主要由一塊臂板和驅(qū)動(dòng)電機(jī)組合而成。4.3 小臂轉(zhuǎn)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)的計(jì)算選型小臂轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)到最前端的距離為400mm，小臂部分約重3kg則： J= 所以參考選擇SM80-024-30LFB,其基本參數(shù)見附表4.14.4 大臂基本結(jié)構(gòu)大臂的結(jié)構(gòu)主要由一塊臂板和驅(qū)動(dòng)電機(jī)組合而成如圖4.1所示。圖 4.1 手臂三維圖4.5 大臂轉(zhuǎn)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)的計(jì)算選型大臂轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)到最前端的距離為400mm，小臂部分約重3kg，機(jī)構(gòu)與小臂相同，則：J 所以參考選擇SM80-024-30LFB,其基本參數(shù)見附表4.14.6 腕部設(shè)計(jì)手腕部件設(shè)置在手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕部件具有獨(dú)立的自由度，此設(shè)計(jì)中要求有繞中軸的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。4.6.1 手腕設(shè)計(jì)的基本原則 a. 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 b. 綜合考慮，合理布局腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接，腕部各個(gè)自由度的位置檢測(cè)，管線布置，以及潤滑、維修、調(diào)整等問題。 c. 必須考慮工作條件對(duì)于高溫作業(yè)和腐蝕性介質(zhì)中工作的機(jī)械手，其腕部在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分估計(jì)環(huán)境對(duì)腕部的不良影響（如熱膨脹、壓力油的粘度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控原件的耐熱性等）。針對(duì)本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是核廢液儲(chǔ)蓄罐，因工作在腐蝕性的場(chǎng)合中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部材料的選用 316L 耐腐蝕不銹鋼。4.6.2 腕部驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型腕部連接手爪，其形狀比較復(fù)雜，選擇一據(jù)扭轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)距離為半徑，以圓柱形近似計(jì)算，腕部及手爪部分約重15kg。則：J 所以參考選擇SM80-013-30LFB，其基本參數(shù)見附表4.1表 4.1 電機(jī)參數(shù)自由度伺服電機(jī)型號(hào)功率（kw）額定轉(zhuǎn)矩（Nm）額定轉(zhuǎn)速（Rpm）重量（kg）小臂轉(zhuǎn)動(dòng)SM80-24-30LFB(加NN系列減速器）0.752.430004.2大臂轉(zhuǎn)動(dòng)SM80-24-30LFB(加NN系列減速器）0.752.430004.2腕部轉(zhuǎn)動(dòng)SM80-013-30LFB(加NN系列減速器）0.41.330004.2貴州理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第26頁5 結(jié)論經(jīng)過幾個(gè)月的努力，機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文終于完成了。感謝老師在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中給予的幫助。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)過很多的難題，但都在老師和同學(xué)的幫助下順利解決了，尤其在設(shè)計(jì)出期，由于對(duì)課題了解不足，出現(xiàn)了許許多多的問題，在不斷的學(xué)習(xí)過程中我體會(huì)到：設(shè)計(jì)剛開始時(shí)，由于對(duì)機(jī)械手知識(shí)的不熟悉，導(dǎo)致繞了很多彎路，甚至出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，造成了很多次的返工。但是，正是這一次次的嘗試磨練了我的耐性并加強(qiáng)了我的機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)水平。在這次設(shè)計(jì)中，我不僅收獲了專業(yè)知識(shí)，還在與同學(xué)的溝通交流方面有了很大提高。寫論文是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)的過程，從最初剛寫論文時(shí)對(duì)機(jī)械手問題的模糊認(rèn)識(shí)到最后能夠?qū)C(jī)械手機(jī)構(gòu)有比較清晰的認(rèn)識(shí)，我體會(huì)到實(shí)踐對(duì)于學(xué)習(xí)的重要性，以前只是明白理論，沒有經(jīng)過實(shí)踐考察，對(duì)知識(shí)的理解不夠明確，通過這次的設(shè)計(jì)，真正做到理論實(shí)踐相結(jié)合?？傊ㄟ^畢業(yè)設(shè)計(jì),我深刻體會(huì)到要做好一個(gè)完整的事情，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，對(duì)待要解決的問題，要耐心、要善于運(yùn)用已有的資源來充實(shí)自己。同時(shí)我也深刻的認(rèn)識(shí)到，在對(duì)待一個(gè)新事物時(shí)，一定要從整體考慮，完成一步之后再作下一步