多功能抓取機(jī)械手臂的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 論文題目: 多功能抓取機(jī)械手臂的設(shè)計(jì) 院(部)名 稱: 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 學(xué) 生 姓 名: 李易麗 專 業(yè): 過程裝備與控制工程 學(xué) 號(hào): 20091216 指導(dǎo)教師姓名: 高陽 論文提交時(shí)間: 2013-5-11 論文答辯時(shí)間: 2013-5-12 學(xué)位授予時(shí)間: 北方民族大學(xué)教務(wù)處制摘 要多功能機(jī)械手臂主要用于鑰匙、手機(jī)、錢包、塑料瓶等物品落入馬桶等狹小空間的夾取。它集抓取物體、照明和圖像采集的多重功能，能輕便，經(jīng)濟(jì)，高效實(shí)現(xiàn)掉落物體的抓取工作，特別適于直管道的掏取工作。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，本設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（螺紋傳動(dòng)），抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算（四桿機(jī)構(gòu)），蓄電

2、照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等任務(wù)，完成三維建模及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，繪出多功能機(jī)械手臂的裝配圖，零部件圖。關(guān)鍵詞：機(jī)械手臂； 螺紋傳動(dòng) ； 四桿機(jī)構(gòu) ；蓄電照明 ； 圖像采集abstractmulti-function mechanical hand is mainly used to the clip the keys, cell phone, wallet, plastic bottle and other items falled into narrow space, such as the toilet. it can grab objects, light and get imag

3、e acquisition and so on. it is economic, efficient to pick up the falling objects, especially for which fall into straight pipe.in order to achieve the above functions, need to design the corresponding transmission mechanism (screw drive), grasping mechanism (four bar linkage) , storage electric lig

4、hting system and image acquisition system ,complete the tasks such as the complete 3 d modeling and motion simulation, and draw multi-function mechanical arm assembly drawing, parts drawing.keywords: mechanical arm ；transmission of the whorl；four-bar mechanism；storage electric lighting；image acquisi

5、tion目 錄第1章緒論21.1選題的目的和意義21.1.1 目的21.1.2 意義21.2本課題的任務(wù)要求和設(shè)計(jì)內(nèi)容21.2.1任務(wù)要求21.2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容31.3 設(shè)計(jì)方案31.3.1設(shè)計(jì)參數(shù)31.3.2設(shè)計(jì)方案說明31.3.3結(jié)構(gòu)簡圖及簡單運(yùn)動(dòng)分析4第2章 機(jī)械設(shè)計(jì)62.1 夾持器的設(shè)計(jì)62.1.1計(jì)算自由度62.1.2機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)62.1.3基本位置確定62.1.4機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析72.1.5受力分析82.1.6結(jié)構(gòu)尺寸的確定112.1.7強(qiáng)度校核152.1.8連接用的銷釘?shù)倪x型和強(qiáng)度校核162.2 直管段的設(shè)計(jì)172.2.1選材172.2.2尺寸的確定172.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)192.3.1

6、方案比較192.3.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)192.3.3 機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)20第4章 電路的選型設(shè)計(jì)244.1照明系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)244.2圖像采集系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)24第5章輔助件的選型設(shè)計(jì)255.1爪子橡膠套255.2 手機(jī)固定夾255.3 牽引繩選擇26總 結(jié)28致 謝29參考文獻(xiàn)30第1章緒論1.1選題的目的和意義1.1.1 目的在生活中，我們常常會(huì)遇到這樣的問題：手機(jī)、鑰匙等掉落于廁所等狹小空間；窗臺(tái)邊掉落的衣服等，這時(shí)我們就希望有那么一個(gè)工具可以實(shí)現(xiàn)小空間、小物體的抓取功能。本設(shè)計(jì)就以這個(gè)為目的，設(shè)計(jì)一臺(tái)多功能抓取機(jī)械手臂。實(shí)地調(diào)查學(xué)校的馬桶、管道、狹小空間，確定有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。同時(shí)配備相應(yīng)的照明設(shè)

7、備和圖像采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)快速高效的抓取工作。1.1.2 意義隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)品雖隨著不斷的發(fā)展，其也不再局限于傳統(tǒng)的制造業(yè)和工業(yè)，而慢慢普及與生活。機(jī)械手是機(jī)器人研究領(lǐng)域中的重要部分之一，對(duì)其進(jìn)行研究與創(chuàng)新，能夠促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和提高人們的生活質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)水平。1.2本課題的任務(wù)要求和設(shè)計(jì)內(nèi)容1.2.1任務(wù)要求實(shí)地調(diào)查學(xué)校的馬桶、管道、狹小空間，設(shè)計(jì)一臺(tái)多功能抓取機(jī)械手臂，其可以實(shí)現(xiàn)要是、手機(jī)、錢包、塑料瓶等物品的抓取功能。同時(shí)配備相應(yīng)的照明設(shè)備和圖像采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)快速高效的抓去工作。相應(yīng)設(shè)計(jì)要進(jìn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、蓄電照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)、圖形采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等任務(wù)，在

8、此基礎(chǔ)上完成機(jī)械手臂的三維建模及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，完成裝配圖和相應(yīng)零部件圖紙繪制工作。1.2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算，抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。實(shí)現(xiàn)多功能抓取機(jī)械手臂的三維建模和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，在此基礎(chǔ)上完成整機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。1.3 設(shè)計(jì)方案1.3.1設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、人機(jī)工程等原理，自行選取相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)產(chǎn)品.通過實(shí)地調(diào)查和抓取對(duì)象（手機(jī)、鑰匙、錢包、塑料瓶等）的分析確定其設(shè)計(jì)參數(shù)為：最大工作長度：12001500mm；爪子最大張口：100mm；抓取重量：500g；電路要防水設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)選材要考慮腐蝕性；選用微型攝像頭，選用led

9、燈照明，可進(jìn)行選型設(shè)計(jì)；工作溫度：540；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：螺紋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。1.3.2設(shè)計(jì)方案說明1) 小型化：所要設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂的抓取對(duì)象是手機(jī)、鑰匙、水瓶等重量不是很重的對(duì)象，由此可以設(shè)計(jì)成小型的抓取手臂。2) 爪子結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，粘貼摩擦粗糙面或者塑料套增大摩擦系數(shù)。3) 爪子的工作原理：利用螺紋機(jī)構(gòu)，通過螺紋的移動(dòng)牽引著繩子往上移動(dòng)從而達(dá)到抓取的作用。4) 設(shè)計(jì)蓄電照明：由于工作空間，常常為暗道，故設(shè)計(jì)蓄電照明很有必要。照明可以選擇led燈，其亮度可以通過選擇數(shù)量來實(shí)現(xiàn)，蓄電池提供能源，并要有一定的安裝位置設(shè)計(jì)。初步設(shè)計(jì)其安裝于夾持器處。5) 設(shè)計(jì)圖像采集系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)可視控制。主要用于彎道處或不能

10、清晰觀察的狹縫的圖像采集，并實(shí)現(xiàn)可視控制抓取。6) 輔助設(shè)計(jì)：目的是對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)的美學(xué)設(shè)計(jì)，及輔助零件的設(shè)計(jì)。綜上所述，本方案采用半自動(dòng)化設(shè)計(jì)，既可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，又能可靠的實(shí)現(xiàn)抓取功能。體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。1.3.3結(jié)構(gòu)簡圖及簡單運(yùn)動(dòng)分析多功能機(jī)械手臂總體設(shè)計(jì)主要分為抓爪（夾持器）、直段臂和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部件設(shè)計(jì)及二個(gè)系統(tǒng)：圖像采集電路系統(tǒng)、蓄電照明系統(tǒng)。1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 2、直段臂 3、夾持器圖1 多功能手臂機(jī)構(gòu)簡圖1、爪子 2、連桿 3、支撐片 4、滑塊圖2 夾持器的結(jié)構(gòu)簡圖由圖1、2可知，其主要工作原理是將多功能機(jī)械手臂放進(jìn)管道通過圖像采集尋找到目標(biāo)調(diào)整抓取位置旋轉(zhuǎn)搖臂螺紋上升，夾取器夾緊，回

11、復(fù)彈簧被壓緊，同時(shí)螺紋自鎖-待移除完畢后，打開止回棘爪夾取器受彈簧恢復(fù)力作用而松開抓取完畢。 第2章 機(jī)械設(shè)計(jì)2.1 夾持器的設(shè)計(jì)夾持器是機(jī)械手臂的核心部分，其自由度決定了動(dòng)力的數(shù)量。下面是夾持器的結(jié)構(gòu)簡圖：圖2-1 夾持器工作簡圖2.1.1計(jì)算自由度 (2-1)故只用提供一個(gè)原動(dòng)力就可以了實(shí)現(xiàn)抓取工作了。2.1.2機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法有解析法，幾何作圖法和實(shí)驗(yàn)法，而本設(shè)計(jì)采用較直觀的幾何作圖法。這是因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)是機(jī)械控制而非程序控制，故不要求過高精度，為了方便設(shè)計(jì)采用幾何作圖法。注：幾何作圖法實(shí)現(xiàn)的個(gè)尺寸設(shè)計(jì)均由作圖軟件cad輔助設(shè)計(jì)得出。2.1.3基本位置確定由于蹲便器的排污口的尺寸一

12、般為62-98mm，以及也要求在其它狹小空間，故要求夾持器的尺寸盡量小一些。故設(shè)圓管的直徑為25mm壁厚取1mm為了是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得可靠、合理，還應(yīng)考慮幾何條件和動(dòng)力條件等。取口子最大的張口是100mm爪子張開時(shí)，其深度為100x0.618=61.8mm。假設(shè)爪子張開時(shí)，爪子處于最大張角狀態(tài)。如下圖2-2：圖2-2爪子最大張角狀態(tài)圖取擺桿和連桿的鉸接位置在擺桿的1/3處，測得擺桿長63.2mm，又測得鉸接點(diǎn)到管軸的距離為24.6mm,取為25mm,保證最大的傳動(dòng)角同時(shí)避開死點(diǎn)。測得搖桿擺角為48，初始位置與水平位置夾角為127，連桿與擺桿的夾角為43，在夾緊極限位置時(shí)，該夾角為30。連桿鉸接點(diǎn)的豎

13、直行程為15.6mm。2.1.4機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 該機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，利用瞬心法來分析擺桿、連桿、和滑塊的速度,下面圖2-3是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖（由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱有可以分開運(yùn)動(dòng)，故只取一半作為研究對(duì)象并對(duì)其做一定的簡化）：圖2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖此機(jī)構(gòu)共有個(gè)瞬心，由觀察知p14、p12、p23、p34（曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在無窮遠(yuǎn)處）為瞬心。由三心定理知p24必然在p12、p14和p23、p34的交點(diǎn)處，同時(shí)也可以找出p13。求得： （2-2） （2-3） （2-4）2.1.5受力分析（1）夾持器夾緊力計(jì)算夾緊力是設(shè)計(jì)夾持器的重要依據(jù)，故必須對(duì)其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn)行分析和計(jì)算。一般地，夾緊力必須克服工件本身的重力

14、所產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩來使工件保持穩(wěn)定狀態(tài)。夾緊力計(jì)算公式： （2-5） 安全系數(shù)，由機(jī)械手的工藝及設(shè)計(jì)要求確定，一般取1.22.0，本設(shè)計(jì)取=1.5。 工件情況系數(shù)，主要慣性力影響，一般取1.12.5，本設(shè)計(jì)取=1.5。方位系數(shù)，可根據(jù)手指與工件位置及工件的形狀不同而進(jìn)行選定，本設(shè)計(jì)采用二指夾持，夾指尖，使受力面積小有四個(gè)接處點(diǎn)，粗略估算并暫取=3。g工件重量，本設(shè)計(jì)抓取對(duì)象重量最大為500g.故得： （2-6）取=34n.(2)驅(qū)動(dòng)力的分析此處所說的驅(qū)動(dòng)力是指爪子的牽引力。因?yàn)樵谄渚o閉于軸線一點(diǎn)時(shí)傳動(dòng)角最小，故假設(shè)夾持器抓取500g的物體，并且處于最小傳動(dòng)角狀態(tài)，受力情況如下圖2-4（擺

15、桿為為研究對(duì)象）：圖2-4爪子受力情況圖由平衡條件知f1、f2到支點(diǎn)的力矩平衡，故有： （2-7） （2-8） （2-9） （2-10）對(duì)于連桿若不考慮自重，可視為二力桿，則滑塊受力如下：圖2-5滑塊受力圖其中，fa為驅(qū)動(dòng)牽引力，為連桿對(duì)滑塊的作用力，大小為0.5倍的f2.為復(fù)位彈簧的恢復(fù)力由下面彈簧設(shè)計(jì)可知=60.606n,故得 （2-11）（3）恢復(fù)彈簧的設(shè)計(jì)因?yàn)楦鳁U的安裝位置和引動(dòng)已知，故可知當(dāng)爪子長得最大到閉得最小時(shí)，滑塊沿著圓管的位置移動(dòng)s=15.6mm.在考慮安裝誤差的情況下，可取s=16mm。此處選擇圓柱螺旋壓縮彈簧。選材：由于使用環(huán)境是含有酸堿腐蝕的，而且是小彈簧。選擇不銹鋼絲

16、1cr18ni9.直徑規(guī)格d=0.6-6.0mm。計(jì)算：由于彈簧作用僅用于回復(fù),不需要產(chǎn)生過大的反彈力，從而要在滿足反彈作用時(shí),反彈力盡量小一些,從而減少牽引力的的大小，減少驅(qū)動(dòng)負(fù)擔(dān)。選擇d=1.6mm, d=18mm.型號(hào)，其單圈剛度是=11.1n/mm. 螺旋角a,一般a=5-9.取a=8則： 節(jié)距 a=8彈簧并緊磨平，兩端支撐圈各一圈。一般壓縮量為30%-80%，取總壓縮量為65%，而預(yù)緊量為10%，則：行程s=(65%-10%)(t-d)n=16mm (n為有效圈數(shù)) , 查表取n=5圈，則：總?cè)?shù)圈 實(shí)際剛度自由高度,查取=42mm. 故：最小工作載荷,此最大工作載荷故.2.1.6結(jié)

17、構(gòu)尺寸的確定本設(shè)計(jì)用作圖法來確定機(jī)構(gòu)尺寸，初步確定尺寸后，通過強(qiáng)度校核來驗(yàn)證所設(shè)尺寸的正確性和合理性。（1）支撐片的設(shè)計(jì)因?yàn)楣鼙诒容^薄，不宜直接在閉上開孔支撐爪子，故此設(shè)計(jì)需焊接兩個(gè)支撐片于壁上。安裝位置如下圖2-6：圖2-6爪子安裝位置圖考慮到支撐片的穩(wěn)定性，采用一半焊接在壁上。支撐片的尺寸初步如下所示：圖2-7支撐片的尺寸圖（2）爪子的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)為了減輕質(zhì)量，而且體積小，爪子厚度不要過厚，各尺寸暫時(shí)設(shè)計(jì)如下圖所示：圖2-8爪子的結(jié)構(gòu)尺寸圖此該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念是節(jié)約材料、滿足不同形狀物體的抓取，不破壞抓去對(duì)象，同時(shí)方便制造。爪子的底端焊接一塊薄片，增大摩擦面，在這焊片上內(nèi)表面粘上摩擦棉，可大

18、大提高它的摩擦系數(shù)。（3）連桿的尺寸設(shè)計(jì)連桿是連接爪子和滑塊的那部分，結(jié)構(gòu)比較簡單為等厚體,為2mm，各尺寸如下所示：圖2-9連桿結(jié)構(gòu)尺寸 （4）滑塊的設(shè)計(jì)滑塊主要用來壓縮復(fù)位彈簧和牽引連桿沿著圓管滑動(dòng)。其的尺寸如下圖2-10所示：由于支撐片的作用之一是支撐滑塊，為了達(dá)到支撐的目的，滑塊的直徑選擇d=21mm.為了方便安裝，滑塊要切掉一些，故各尺寸如下所示：圖2-10滑塊結(jié)構(gòu)圖滑塊其實(shí)是有三部分組成：導(dǎo)向塊、穿線口、支撐連桿片。各尺寸都是有作圖法獲得。（5）圓筒的設(shè)計(jì)圓筒的總長度由連接螺紋段、滑塊行程和恢復(fù)彈簧的長度決定，設(shè)螺紋段為20,mm,則總長度約為65mm.螺紋段選擇普通螺紋，螺紋段是

19、增設(shè)的螺紋圈，選擇公稱直徑為16mm螺紋，經(jīng)過校核計(jì)算可以得機(jī)構(gòu)尺寸如下其結(jié)構(gòu)示意圖所示：圖2-11圓筒結(jié)構(gòu)尺寸圖螺紋套和圓套管是過盈配合。2.1.7強(qiáng)度校核（1）選材為了結(jié)構(gòu)輕便，經(jīng)濟(jì)，同時(shí)又能達(dá)到防腐蝕的作用，選擇5052鋁合金，其力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度 (mpa)173244 條件屈服強(qiáng)度(mpa)70 為了輕遍，有能耐腐蝕，故選擇此材料。（2）夾持器的強(qiáng)度校核下面是爪子的簡單裝配示意圖：圖2-12爪子裝配示意圖通過此圖可以知道，危險(xiǎn)的截點(diǎn)為b點(diǎn)（切應(yīng)力校核）和c截點(diǎn)（正應(yīng)力校核）。b點(diǎn)：=102n,最小截面積6mm,故= / =102/6=17mpa /2=86.5-122mpa c截點(diǎn):

20、f=253.49n,截面積為ac=2x3=6mm,故= / ac=253.49/6=42.25mpa =173244mpa結(jié)論：以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理有效。2.1.8連接用的銷釘?shù)倪x型和強(qiáng)度校核（1）選型由gb/t119.1-2000,選擇圓柱銷為連接件，d=0.6-50mm,l=1-200mm,由前面所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的尺寸，可以初步選取圓柱銷的型號(hào)尺寸為：b處:=2mm, =8mm，即gb/t 881 c處：=2mm,=8mm, 即gb/t119.1 2md處：=2mm， =8mm. 即gb/t119.1 2m(2)強(qiáng)度校核由于三處的直徑都一樣的，所以只要選取最大受力處即可。最大受力處顯然是c處，故=

21、253.49/()=80.72mpa86.5-122mpa結(jié)論：此設(shè)計(jì)可行,所選型號(hào)可用。2.2 直管段的設(shè)計(jì)直管段主要作用是用來連接夾持器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐的。結(jié)構(gòu)要求不高。下面我們通過選材、尺寸選取和連接方式這三方面來說明這些作用。2.2.1選材由于可能在含酸堿的環(huán)境中工作，故要求材料要防腐蝕。一般作為桿件所用的材料有不銹鋼、鋁合金 等，本設(shè)計(jì)選取5052鋁合金。2.2.2尺寸的確定（1）長度選取直管段的設(shè)計(jì)理念是具有伸縮功能，在本設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂可能要在深h=1200mm的環(huán)境中工作，故取總長要大于等于1500mm為了拆裝方便，可以分為二段，長段為l1=900mm,短的那段為l2=600mm

22、.夾持器的部分至少也有120mm。（2）直徑選取最大直徑選取與夾持器圓管的直徑相同，即dz1=18mm,壁厚1mm,故可以推出dz2=16mm,厚度為2mm(為了開螺紋)。（3）連接方式a) 直管段之間的連接本設(shè)計(jì)參考拖把伸縮功能，適用塑膠材質(zhì)的伸縮鎖套。如下圖2-13：圖2-13直管段連接圖數(shù)量一個(gè)，型號(hào)選擇直徑為16/18mm的。b) 與頂端傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接焊接方式，直接焊接一段螺紋配合c) 直管與夾持器的連接螺紋連接，由前面設(shè)計(jì)可以知道，取其配合的螺紋段，公稱直徑是16mm.螺紋長度是20mm。（4）強(qiáng)度校核分析直管結(jié)構(gòu)及聯(lián)接可知，其縱向受到最大工作壓力為=253.49n,橫向壓力=1.5

23、g=7.3n所以=/az=253.49/()/()=3.36mpa=173244mpa=/az=0.1mpa/2=86.5122mpa結(jié)論：上面對(duì)直管設(shè)計(jì)是可行的合理的的。2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.3.1方案比較傳動(dòng)方式有很多種，比如螺紋傳動(dòng)，軸承傳動(dòng)等，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)也有很多種。在自己看課題要求的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上選出三種進(jìn)行比較：軸承傳動(dòng)、切向受力螺紋傳動(dòng)，軸向受力螺紋傳動(dòng)。如下表2-1：表2-1傳動(dòng)方式比較軸承傳動(dòng)（棘輪止回）切向受力螺紋傳軸向受力螺紋傳動(dòng)工作原理軸承軸線與直管段軸線垂直，通過搖臂的旋轉(zhuǎn)，繩子繞著系著繩子的軸纏繞，從而提供牽引力繩子切向纏繞于螺紋段上，繩子繞著系著繩子的軸纏繞，從而提供牽

24、引力在螺紋段軸向開一個(gè)通孔，繩子通過通孔并緊固于一端，當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺紋時(shí)，螺紋段上升，則牽著繩子往上移動(dòng)，從而停提供牽引力特點(diǎn)搖臂旋轉(zhuǎn)式比較輕便，棘輪止回，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，在小行程的情況下，朱慧作用不明顯，易受損件是軸和棘輪，制造維修成本高軸受到的切力大在行進(jìn)時(shí)繩子跟著螺紋走，降低穩(wěn)定性，止回作用實(shí)現(xiàn)難度大，要求高。已受損件是螺紋工作件。螺紋段收到軸向的壓力，承受力大，而且傳動(dòng)精確，有自鎖的功能，在輔助件的作用線下也能實(shí)現(xiàn)繩子的給進(jìn)量的大小，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，繩子，更換方便便宜結(jié)論通過比較他們各自的特點(diǎn)，可以知道選擇軸向受力螺紋傳動(dòng)是最好的，在滿足性能要求的前提下，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，經(jīng)濟(jì)，使用

25、的作用。2.3.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)本著的創(chuàng)新的理念，大膽的巧用螺紋傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)爪子的抓取工作。結(jié)構(gòu)示意簡圖如下2-14：圖2-14 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖1牽繩棒 2鎖套 3搖臂螺紋棒 4螺紋支撐套工作原理解析：4結(jié)構(gòu)和3結(jié)構(gòu)以螺紋連接，2結(jié)構(gòu)與3結(jié)構(gòu)以螺釘連接。2結(jié)構(gòu)是1河溝的套鎖，可以套住1結(jié)構(gòu)，防止?fàn)恳Φ淖饔枚D(zhuǎn)。首先先通過牽繩棒調(diào)節(jié)繩子的長度，然后由鎖套鎖住，轉(zhuǎn)動(dòng)3結(jié)構(gòu)，搖臂螺紋棒上升，繩子發(fā)生位移，爪子收緊抓取物體，同事螺紋自鎖，讓手自由。2.3.3 機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)（1）牽繩棒的設(shè)計(jì)其主要用于掛繩和調(diào)節(jié)繩的長短。其結(jié)構(gòu)件圖如下圖2-15：圖2-15牽繩棒結(jié)構(gòu)件圖由前面的計(jì)算已知，牽引力=25

26、3.49n,故由強(qiáng)度校核公式計(jì)算得：max=/a=253.49/3.14/=86.5mpa=1.9mm取=5mm。因?yàn)閞和r不是工作主要部位，所以滿足工藝尺寸就可以了。暫時(shí)取r=7mm,r=5mm.而長度l1由搖臂螺紋棒尺寸決定。在該結(jié)構(gòu)的一端開有一小口，用于插銷的，來防止轉(zhuǎn)動(dòng)和滑脫的。不是主要工作件不做詳細(xì)設(shè)計(jì)。（2）套鎖設(shè)計(jì)鎖套的作用是用于鎖住牽繩棒，防止在牽引力的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)并起到支撐的作用。其如下圖2-16：圖2-16套索結(jié)構(gòu)圖在支撐牽繩棒的口的附近，焊接一個(gè)小圓柱體，用來當(dāng)擋板。（3）搖臂螺紋棒和螺紋套的設(shè)計(jì)搖臂螺紋棒的作用是旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，螺紋棒會(huì)發(fā)生位移，從而牽引著繩子移動(dòng)，從而達(dá)

27、到抓取的作用。而螺紋套是焊接在直管段上的，與搖臂螺紋棒相配合下面圖2-17是螺紋套和棒簡單的配合圖：圖2-17是螺紋套和棒的配合圖1)螺紋的選型因?yàn)橐阎畲笮谐淌?6mm，牽繩棒的直徑是5mm(周長約為19mm),故為了提高穩(wěn)定性。選擇螺紋套的長l4=16x2=32mm，所以搖臂棒的l3=16+16+32=64mm.因?yàn)樵撀菁y棒受單向軸向力作用，所以可以選擇鋸齒形（3、30）螺紋gb/t13576.14-1992。2)螺紋的尺寸由于工作時(shí)，螺紋棒有可能伸到直管段去故取d=12mm，取螺距p=2mm的，基本牙型高度最高為1.5mm,所以本設(shè)計(jì)取=1.5mm,查找機(jī)械手冊(cè)可知，此時(shí)螺紋的各參數(shù)為：

28、(d內(nèi)d外)p=2mm =1.5mmac=0.236mm而 =1.736mmr=0.249mm牙底寬=牙頂寬=0.528mm中經(jīng)=12-1.5=10.5mm小徑=12-2=9mm另外一個(gè)牙型=12-21.736=8.528mm。3）螺紋套的尺寸取其壁厚為10mm外徑dw=9+20=29mm內(nèi)徑d=12mm 長度=32mm4)搖臂螺紋棒的尺寸直徑 d=12mm=64mm”=l3+(8-15)=64+(8-15 )=72-79 mm,取”=75mm=(5-10)d3=(5-10) 12=60-120mm,取=100mm而=d=12mm 由套索的設(shè)計(jì)可知=5mm 為了節(jié)約材料，打孔的孔徑d=4mm.

29、其余尺寸按工藝要求選取即可。(4)強(qiáng)度校核螺桿強(qiáng)度計(jì)算：受軸向力q和扭矩t的作用，簡化為1.3q計(jì)算,故強(qiáng)度是滿足的，該設(shè)計(jì)有效。第4章 電路的選型設(shè)計(jì)4.1照明系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì) 由于本設(shè)計(jì)的體積微小，而且適用的場合一般不連續(xù)，在設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)的時(shí)候就要考慮到它的電源的方式，和照明燈的類型。在此基礎(chǔ)上，我們優(yōu)先定位在電子產(chǎn)品，可以從電子微型照明器下手。下面是我選型的圖片： 圖4-1選型圖該型號(hào)體積小照明足，電子產(chǎn)品。4.2圖像采集系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì) 圖像采集是該手臂的一個(gè)功能，但是也受到空間的局限，所以選擇微型攝像頭，可以借鑒手機(jī)攝像頭，體積小，可以用手機(jī)作為接收器。具體電路不做設(shè)計(jì)。第5章輔助件的選

30、型設(shè)計(jì)5.1爪子橡膠套 為了增大的抓取效率，提高爪子的摩擦系數(shù)很有必要，所以在這，選擇一個(gè)能包緊爪子前端的橡膠套增大摩擦。尺寸由爪子決定，材料要細(xì)軟。5.2 手機(jī)固定夾這是方便圖像采集的時(shí)候，固定圖像采集屏用的如下圖：5.3 牽引繩選擇繩子是提供牽引力的中間件，必不可少，為了能承受得住我們?cè)O(shè)計(jì)的拉力，而且體積小，我們可以選取我們俗稱的魚絲。我們可以選擇直徑為0.5-0.6mm的大力馬魚線，長度3m?？?結(jié)本次多功能機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)主要是夾持器，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程。內(nèi)容主要有：本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算，抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。實(shí)現(xiàn)多功能抓取機(jī)械手臂的三維建模和

31、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，在此基礎(chǔ)上完成整機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。題目需要綜合能力，涉及知識(shí)面廣，尤其是確定方案的時(shí)候，需要各種考慮計(jì)算，才能確定。不過培養(yǎng)了我工程思想及意識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，提高初步設(shè)計(jì)能力。設(shè)計(jì)要求在保證其原有性能的前提下，盡可能地提高其特色即性能價(jià)格比。并且要求該機(jī)械手具有較小的體積，簡單的結(jié)構(gòu)和低廉的價(jià)格，以及造型美觀的外形，各調(diào)整環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要方便人體接近方便工具的使用。其難點(diǎn)在于結(jié)合實(shí)際，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 在設(shè)計(jì)過程中，本人綜合運(yùn)用了四年來所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，感覺到自己專業(yè)知識(shí)中某方面的欠缺，通過了再次的復(fù)習(xí)，明顯感覺到了知識(shí)的增長，我們從中學(xué)到了很多的知識(shí)，也體會(huì)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的綜合性，結(jié)合輔導(dǎo)老師的指導(dǎo)與自己的專業(yè)知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐，才能較為完整地