高自由度机械手臂设计.docx

第5頁共42頁目錄目錄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課題研究主要內容和採用的研究方案、研究方法或措施61.5.1題目主要內容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執行機構82.3.2驅動機構82.3.3控制系統82.3.4位置檢測裝置92.4設計參數92.4.1負載重量92.4.2自由度數目92.4.3結構型式92.4.4定位精度92.4.5最大動作範圍92.4.6最大速度92.4.7允許力矩92.4.8允許轉動慣量92.5驅動方式選擇10三、設計內容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杆的選型123.2手腕的設計133.2.1電機轉矩計算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133.4升降結構的設計計算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蝸輪蝸杆的設計、校核及壽命計算143.6各個電機的選型匯總18四、數據校核204.1機械手手指鉸接處銷軸的強度計算204.2螺杆耐磨性和強度等性能的校核204.2.1螺杆耐磨性計算204.2.2螺杆自鎖條件驗證214.2.3螺杆的強度計算214.2.4螺母螺紋牙的強度計算214.3軸及聯軸器的設計及校核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小臂轉軸的軸承選取和壽命計算254.5.1規定工作要求254.5.2軸系部件受力情況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軸承型號及參數的選擇26各自由度的軸承型號和參數如下表所示：27五、工程分析與運動分析285.1手指連接環疲勞分析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、結論32參考文獻33第42頁共42頁一、緒論1.1引言如今大規模製造業中，為提高企業的信譽保證產品品質的同時並讓效率的提高，越來越重視生產過程的自動化，機器人成為自動化生產線上的重要成員，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自動化的發展程度，20世紀50年代之後﹐機械手將被逐步推廣到工業化得機械生產部分﹐作為機床的輔助部分在自動機床，自動生產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，能在空間實現各類功能自動化生產設備。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，構建機器人的結構平臺；機器人工程是近20年來迅速發的一門綜合學科。它彙聚了各種學科，最新的研究成果，是當代科學技術發展最活躍的領域之一，也是第一個發展高技術的國際發展。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，內容廣泛。它是由運動機構和控制系統和回饋裝置三大部分組成。根據工件的形狀、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（擺動）、運動或複合運動，以達到動作的規定，改變物體的位置和姿態。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。機械手越複雜，適用性越強，控制系統給每個自由度發出指令指令完成具體的動作。同時接管感測器回饋的資訊，構成穩定的閉環控制。控制系統的核心通常是由單片機等微控制晶片構成，通過對其編程實現所要功能。機械手在現代社會中具有十分重要的意義。除了提高品質外，還可以取代普通工人的工作不僅穩定，而且也更加安全。同時，不斷發展的社會需要為機械手提供了更多的市場機遇。一些公司開發人工替代品，不僅解放了勞動力，為招工發愁的日子也不再有了。有些加大機器人配套生產力度，並逐步替代現有的人工操作。公司現又嘗試著讓機器人“走”進車間，並著手開發“無人化生產線”，真正讓機器人獨當一面。據悉，企業還將進一步把機器人推向市場，隨著科學技術的發展，市場的發展，機器人的廣泛應用越來越成為可能，機械手應用的發展已成為當代科技的標誌。1.3機械手的組成機械手主要執行機構（包括：手、腕、臂、行走機構）、傳動系統、控制