高自由度機械手臂設計

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1、目錄目錄1一、緒論51.1引言51.2機械手的概念51.3機械手的組成51.4研究的意義61.5課題研究主要內(nèi)容和採用的研究方案、研究方法或措施61.5.1題目主要內(nèi)容61.5.2研究方案61.5.3研究方法和措施7二、整體方案82.1設計要求82.2功能分析及特點82.2.1機械手組成圖82.3各部分組成及功能特點82.3.1執(zhí)行機構82.3.2驅(qū)動機構82.3.3控制系統(tǒng)82.3.4位置檢測裝置92.4設計參數(shù)92.4.1負載重量9第5頁共43頁2.4.2自由度數(shù)目92.4.3結(jié)構型式92.4.4定位精度92.4.5最大動作範圍92.4.6最大

2、速度92.4.7允許力矩92.4.8允許轉(zhuǎn)動慣量92.5驅(qū)動方式選擇10三、設計內(nèi)容113.1手部113.1.1設計說明113.1.2設計要求113.1.3機械手夾緊力計算113.1.4手部電機的選取123.1.5機械手滑動螺旋機構中螺桿的選型123.2手腕的設計133.2.1電機轉(zhuǎn)矩計算133.2.2電機型號選取133.3大小臂的設計133.3.1設計說明133.3.2電機選型133.3.3小臂擺動的電機選型13第5頁共43頁3.4升降結(jié)構的設計計算133.5腰部和基座的設計143.5.1設計說明143.5.2電機選取143.5.3蝸輪蝸桿的設計

3、、校核及壽命計算143.6各個電機的選型匯總18四、數(shù)據(jù)校核204.1機械手手指鉸接處銷軸的強度計算204.2螺桿耐磨性和強度等性能的校核204.2.1螺桿耐磨性計算204.2.2螺桿自鎖條件驗證214.2.3螺桿的強度計算214.2.4螺母螺紋牙的強度計算214.3軸及聯(lián)軸器的設計及校核224.3.1軸的設計224.3.2軸的校核234.3.3聯(lián)軸器的校核244.3.4其他軸的設計244.3.5輸出軸上鍵的設計與校核254.4其他軸上鍵的設計與校核254.5小臂轉(zhuǎn)軸的軸承選取和壽命計算254.5.1規(guī)定工作要求25第5頁共43頁4.5.2軸系部件

4、受力情況254.5.3計算254.6軸承理論計算254.6.1軸承徑向載荷的計算254.6.2軸承軸向力的計算264.6.3軸承當量動載荷的計算264.6.4軸承壽命驗算264.6.5軸承型號及參數(shù)的選擇26各自由度的軸承型號和參數(shù)如下表所示：27五、工程分析與運動分析285.1手指連接環(huán)疲勞分析285.2手指靜壓力分析295.3運用Adams對手指進行運動分析29六、三維建模31七、結(jié)論32參考文獻33第5頁共43頁第5頁共43頁一、緒論第43頁共43頁1.1引言如今大規(guī)模製造業(yè)中，為提高企業(yè)的信譽保證產(chǎn)品品質(zhì)的同時並讓效率的提高，越來越重視生產(chǎn)

5、過程的自動化，機器人成為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐步被公司採用。機械手的技術水準和應用程度在一定程度上反應了一個國家在工業(yè)自動化的發(fā)展程度，20世紀50年代之後﹐機械手將被逐步推廣到工業(yè)化得機械生產(chǎn)部分﹐作為機床的輔助部分在自動機床，自動生產(chǎn)線和加工中心中應用﹐完成上下料或從刀庫中取放刀具並按固定程式更換刀具等作。針對這一題目，本課題將設計一臺四自由度的機器人，能在空間實現(xiàn)各類功能自動化生產(chǎn)設備。開始，先設計機器人底座、機身和機械手的構造，繼而採取合理的傳動方法，構建機器人的結(jié)構平臺；機器人工程是近20年來迅速發(fā)的一門綜合學科。它彙聚了各種學科，

6、最新的研究成果，是當代科學技術發(fā)展最活躍的領域之一，也是第一個發(fā)展高技術的國際發(fā)展。1.2機械手的概念機械手是一種機器人，機器人是一門新興學科的綜合學科，它是多學科的設計，內(nèi)容廣泛。它是由運動機構和控制系統(tǒng)和回饋裝置三大部分組成。根據(jù)工件的形狀、尺寸、重量、材料和工件的要求，採用手部來抓取工件（或工具），如保持型、保持型和吸附型等。運動機構要完成各種旋轉(zhuǎn)（擺動）、運動或複合運動，以達到動作的規(guī)定，改變物體的位置和姿態(tài)。為了捕捉空間中的任何位置和方向的對象，有6個自由度。自由度是機器人設計的關鍵參數(shù)。機械手越複雜，適用性越強，控制系統(tǒng)給每個自由度發(fā)出

7、指令指令完成具體的動作。同時接管感測器回饋的資訊，構成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機等微控制晶片構成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。機械手在現(xiàn)代社會中具有十分重要的意義。除了提高品質(zhì)外，還可以取代普通工人的工作不僅穩(wěn)定，而且也更加安全。同時，不斷發(fā)展的社會需要為機械手提供了更多的市場機遇。一些公司開發(fā)人工替代品，不僅解放了勞動力，為招工發(fā)愁的日子也不再有了。有些加大機器人配套生產(chǎn)力度，並逐步替代現(xiàn)有的人工操作。公司現(xiàn)又嘗試著讓機器人“走”進車間，並著手開發(fā)“無人化生產(chǎn)線”，真正讓機器人獨當一面。據(jù)悉，企業(yè)還將進一步把機器人推向市場，隨著科

8、學技術的發(fā)展，市場的發(fā)展，機器人的廣泛應用越來越成為可能第43頁共43頁，機械手應用的發(fā)展已成為當代科技的標誌。1.3機械