自動控制機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計說明

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）報告設(shè)計（論文）題目： 自動控制機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 20 / 27畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書專業(yè) 機(jī)電一體化 班級 機(jī)電122 胡世賀一、課題名稱： 自動控制機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 二、主要技術(shù)指標(biāo)： (1）機(jī)械手的抓取物體450g夾取距離30mm （2）手臂行程400mm （3）轉(zhuǎn)臺角度100°（4）機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)和尺寸滿足機(jī)械手完成作業(yè)所需的工作空間 （5）機(jī)座要承受機(jī)械手全部工作載荷，應(yīng)保證足夠的剛度、強度 三、工作容和要求： （1）合理選擇機(jī)械手的結(jié)構(gòu) （2）機(jī)械手的各零件圖與裝配圖的繪制 （3）完成機(jī)械手的三維成型設(shè)計 四、主要參考文獻(xiàn)：（1）沛群.液壓與氣動技術(shù)M.電子科

2、技大學(xué).2008 （2）史新民、高飛 .常用機(jī)構(gòu)與零件設(shè)計M.清華大學(xué)出版.2009 （3）柱香.機(jī)電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南M.機(jī)械工業(yè).2003 （4）正吾等.機(jī)電一體化技術(shù)與其應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè).1990 （5）海蘭、小平.機(jī)械識圖與制圖M.清華大學(xué).2009 學(xué) 生（簽名） 年 月 日 指 導(dǎo) 教師（簽名） 年 月 日 教研室主任（簽名） 年 月 日系 主 任（簽名） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告設(shè)計（論文）題目自動控制機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計一、 選題的背景和意義：工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備，是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。它的特點是可通過預(yù)先設(shè)定的程序來完成各種動作，在

3、構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景特別是在基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域。而在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域，已迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)。工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展，是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。因此對工業(yè)機(jī)械手的研究也成為一門新型學(xué)科在社會推廣開來。二、 課題研究的主要容：根據(jù)課題要求，需要完成以下幾項容：1.簡要介紹工業(yè)機(jī)械手的相關(guān)知識。2.根據(jù)要求計算機(jī)械手臂的全部工作載荷，以保證足夠的剛度、強度。 2.完成機(jī)械手臂機(jī)構(gòu)和尺寸的所有圖紙。4.用三維軟件

4、做出機(jī)械人的模型。三、 主要研究（設(shè)計）方法論述：通過查閱資料，總結(jié)工業(yè)機(jī)械手的工作特點，并介紹機(jī)械手的相關(guān)知識，然后查閱機(jī)械制造原理手冊，計算機(jī)械手臂的載荷，然后通過Autodesk cad完成機(jī)械手中各零件機(jī)構(gòu)的二維圖紙，最后利用Inventor 完成機(jī)械手的三維建模。四、設(shè)計（論文）進(jìn)度安排：時間（迄止日期）工 作 容6.1-6.5下達(dá)任務(wù)書6.5-6.12完成開題報告6.14-6.27將所用書籍資料收集6.28-8.30確定對畢業(yè)設(shè)計的思路、方向和方法8.30-9.30通過計算確定對機(jī)械手各部分的尺寸9.31-10.20利用計算尺寸，完成機(jī)械手的二維圖10.21-10.27利用機(jī)械手二

5、維圖紙與裝配圖紙，完成三維建模10.28-10.30完成初稿11.1-11.3根據(jù)老師意見修改初稿，完成終稿五、指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日六、系部意見： 系主任簽名： 年 月 日自動控制機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄摘要IIAbstractIII第一章 緒論11.1機(jī)械手的發(fā)展11.2機(jī)械手的分類11.3機(jī)械手的組成21.4機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)3第二章 機(jī)械手的設(shè)計要求與尺寸計算52.1機(jī)械手的抓取手指設(shè)計要求與尺寸計算52.2機(jī)械手手臂的設(shè)計要求與尺寸計算62.3機(jī)械手機(jī)身的設(shè)計要求與尺寸計算72.4機(jī)械手轉(zhuǎn)臺設(shè)計要求與尺寸計算8第三章 機(jī)械手的零件圖紙與裝配圖103.1機(jī)械手腕零件圖103

6、.2機(jī)械手臂零件圖103.3機(jī)械手機(jī)身與連接部分零件圖113.4機(jī)械手轉(zhuǎn)臺與底座圖紙133.5機(jī)械手裝配圖14第四章 機(jī)械手的三維成型164.1機(jī)械手的手腕三維成型164.2機(jī)械手手臂三維成型164.3機(jī)械手的機(jī)身三維成型174.4機(jī)械手的連桿三維成型174.5機(jī)械手的連接塊三維成型184.6機(jī)械手的轉(zhuǎn)臺三維成型184.7機(jī)械手的整體三維成型19第五章 結(jié)束語20參考文獻(xiàn)21答辭22摘要本設(shè)計中研究的是一個三自由度的機(jī)械手，文中首先介紹了機(jī)械手的分類組成，描述了機(jī)械手對現(xiàn)在工業(yè)的應(yīng)用與影響。設(shè)計中將對機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，并根據(jù)要求計算機(jī)械手各部件的受力力矩，進(jìn)而選擇合理的部件尺寸，然后根

7、據(jù)尺寸繪制二維圖紙，并根據(jù)二維圖紙容，用三維軟件對機(jī)械手各零件進(jìn)行三維建模，然后裝配形成機(jī)械手實體模型。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；三自由度；三維建模AbstractThe design in this thesis is a three degree of freedom manipulator, this paper first introduces the classification of composition on the mechanical hand, described the manipulator on use and effect of industry now. Mechanis

8、m of manipulator mechanical design will be analyzed, force moment and calculate the mechanical hand each component according to the requirement, and then choose the reasonable size of the components, then according to the size of drawing two-dimensional drawings, and according to the content of 2D d

9、rawings, 3D modeling for every part of the manipulator by 3D software, and then assembled to form the manipulator entity model.Keywords：Manipulator；Three degree of freedom；3d modeling.第一章 緒論1.1機(jī)械手的發(fā)展工業(yè)機(jī)械手是近幾十年來發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備，是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置，是機(jī)器人的一個重要分支。它對提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著

10、十分重要的作用。工業(yè)機(jī)械手技術(shù)是綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)械手在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。其工作并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物,也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。而在傳統(tǒng)的人工取物的過程中，因為長時間單一操作易產(chǎn)生疲勞與消極情緒，而且人無法長時間工作，但這些問題工業(yè)機(jī)

11、械手卻可以解決。本設(shè)計中，連接塊與手臂采用螺紋連接，并且螺紋桿與連接塊獨立開來，不僅解決了抓取物體時的前進(jìn)精度問題，同時保證了手臂的回轉(zhuǎn)動作。1.2機(jī)械手的分類工業(yè)機(jī)械手的種類繁多，在國暫無明確系統(tǒng)分類，一般情況下可以通過下面三種方式進(jìn)行區(qū)分。1.從用途上面可分為兩類專用機(jī)械手：是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機(jī)械手，如自動機(jī)床、自動線的上、下料機(jī)械手。通用機(jī)械手：它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易

12、型和伺服型兩種.簡易型以“開一關(guān)”式控制定位可以實現(xiàn)連續(xù)軌控制，伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。2.按驅(qū)動方式可分為四類液壓傳動機(jī)械手：液壓驅(qū)動系統(tǒng)運動平穩(wěn)，且負(fù)載能力強，對于重載的搬運和零件加工機(jī)械人，采用液壓驅(qū)動比較合理。但液壓驅(qū)動存在管道復(fù)雜，清潔困難的缺點，因此，它在裝配作業(yè)中的應(yīng)用受到限制。氣壓傳動機(jī)械手：氣壓驅(qū)動機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單、動作迅速、價格低廉，但由于空氣具有可壓縮性，其工作速度穩(wěn)定性較差，但是也由于空氣的可壓縮性，可使得手爪（末端操作器）在抓取物體或?qū)⑵淇ňo時的順應(yīng)性提高，防止了受力過大而造成被抓物體或手爪本身的損壞。氣壓系統(tǒng)的壓力一般為0.7MPa，因此抓取力小。機(jī)械傳動機(jī)械手

13、：即由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動的機(jī)械手。電力傳動機(jī)械手：電氣驅(qū)動系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用的最普遍的，一般可分為步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)三種。早期一般采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動，后來發(fā)展成直流伺服電動機(jī)，而現(xiàn)在交流伺服電動機(jī)也開始廣泛應(yīng)用。3.按機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域分為三大類產(chǎn)業(yè)用機(jī)械手：按照服務(wù)產(chǎn)業(yè)種類的不同，產(chǎn)業(yè)用機(jī)械手可分為工業(yè)機(jī)械手、農(nóng)業(yè)機(jī)械手、和醫(yī)療機(jī)械手等。而本設(shè)計主要研究對象是工業(yè)機(jī)械手，工業(yè)機(jī)械手按照用途分：搬運機(jī)械手、焊接機(jī)械手、裝配機(jī)械手、檢測機(jī)械手等。極限作業(yè)機(jī)械手：此類機(jī)械手是指應(yīng)用于人們難以進(jìn)入的極限環(huán)境，如果核發(fā)電站、宇宙空間、海底

14、等特殊環(huán)境中工作，完成作業(yè)任務(wù)的機(jī)械手。服務(wù)性機(jī)械手：是指用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)械手，如醫(yī)療公司，餐飲行業(yè)等。1.3機(jī)械手的組成機(jī)械手的組成包括控制系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，感知系統(tǒng)，如圖1-1所示：控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)圖1-1機(jī)械手組成框圖1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：手部、手腕、手臂、轉(zhuǎn)臺和底座手：既是末端操作器，一般可分為夾持式和吸附式。夾持式一般是指有手爪和傳力機(jī)構(gòu)，手爪則與物體直接接觸，傳力機(jī)構(gòu)通過手爪施加夾緊力來完成夾緊工件的任務(wù)，而吸附式通過手指將物件夾正，然后通過手心吸盤將物件吸附。手腕：是連接手部與手臂的機(jī)構(gòu)，可以通過手腕調(diào)整手部方位，更方便抓取物品。手臂：起著連接

15、與承受外力的作用，一般可以進(jìn)行三個動作：旋轉(zhuǎn)，伸縮，升降。通常由驅(qū)動部件如油缸、氣缸、齒輪、連桿機(jī)構(gòu)與驅(qū)動源配置如液壓缸、氣壓缸、伺服電機(jī)等組成。轉(zhuǎn)臺和底座：兩者在機(jī)械手常起支撐作用，手臂的旋轉(zhuǎn)，升降與底座有很大的關(guān)系，底座則主要是支撐作用。2.驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)主要是指驅(qū)動機(jī)械系統(tǒng)工作的驅(qū)動裝置。根據(jù)驅(qū)動源的不同，驅(qū)動系統(tǒng)可分為電氣、液壓、氣動、機(jī)械傳動四大驅(qū)動系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)將四種結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)，該部分相當(dāng)于人的肌肉組織。 3. 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)一般分為單片機(jī)或者PLC兩種控制方式，單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、實用方便、數(shù)據(jù)采集能力強，工業(yè)控制用途很廣泛，但是其抗干擾能力差，而PLC一般是

16、專門用于工程現(xiàn)場的控制，抗干擾能力強，一般工業(yè)機(jī)械手都是采用PLC作為控制系統(tǒng)。機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般相當(dāng)于人的大腦。4. 感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)由部傳感器和外部傳感器組成，其作用是獲取機(jī)械手部和外部環(huán)境信息，并把這些信息反饋給控制系統(tǒng)。其中，部狀態(tài)傳感器用于檢測各關(guān)節(jié)的位置、速度等變量，外部傳感器則用于檢測機(jī)械手與周圍環(huán)境之間的狀態(tài)變量如距離、接近程度和接觸情況。該部分相當(dāng)于人的五官。1.4機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)參數(shù)表是機(jī)械手制造時所提供的技術(shù)數(shù)據(jù)。技術(shù)參數(shù)反映了機(jī)械手可勝任的任務(wù)、具有的最高操作性能等情況，是選擇、設(shè)計、引用機(jī)械手必須考慮的數(shù)據(jù)。機(jī)械手的參數(shù)一般有自由度、精度、重復(fù)定位精度、工作圍、承載

17、能力等。通常的機(jī)械手在運動和抓取過程中容易產(chǎn)生較大的精度誤差，而本設(shè)計中對于機(jī)械手的手臂設(shè)計采用與連接塊2螺紋連接產(chǎn)生推動動力的結(jié)構(gòu)，可以將精度偏差有些控制在±0.03mm，螺紋連接產(chǎn)生的無法旋轉(zhuǎn)的問題也可以將螺紋柱與連接塊2分開獨立來解決。本文的三自由度機(jī)械手技術(shù)參數(shù)如表1-1所示：表1-1機(jī)械手的參數(shù)表機(jī)械手基本參數(shù)機(jī)械結(jié)構(gòu)垂直多關(guān)節(jié)型自由度數(shù)3定位精度0.03mm本體質(zhì)量20kg安裝方式地面安裝抓取物體最大質(zhì)量2kg最大作業(yè)圍S軸（轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)）100°U軸（手臂前進(jìn)）400mmB軸（機(jī)身俯仰）續(xù)表1-1135°T軸（手腕回轉(zhuǎn)）360°允許力矩S軸6B

18、軸6T軸3第二章 機(jī)械手的設(shè)計要求與尺寸計算機(jī)械手的要精度高，承載大載荷，要求對部件進(jìn)行精準(zhǔn)的尺寸設(shè)計，一定的定位精準(zhǔn)要求，分析抓取或者搬運時候的受力特性。2.1機(jī)械手的抓取手指設(shè)計要求與尺寸計算末端操作器是機(jī)械手指直接接觸物體的機(jī)構(gòu)，本節(jié)將對主要受力的手指進(jìn)行設(shè)計并計算尺寸。1.末端操作器手指的設(shè)計要求（1） 具有一定的開閉圍。（二）具有足夠的加持力。（三）保證工件在手指的夾持精度。（四）結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小，強度大，選擇輕質(zhì)材料。2.機(jī)械手指的設(shè)計：而對末端操作器而言，因為抓取物體為450g需保證下斷手指的抓取力的最少承受應(yīng)力為F=4.5N，但是因為每次抓取物體都有其特殊性，故設(shè)計時應(yīng)保證每根

19、手指的最少承受應(yīng)力為F=4.5N，而由圖1-1可知，夾取時物體對手指的反作用力為4.5N，此時選取材料剪應(yīng)力為。則此時對最下端手指進(jìn)行抗扭分析如圖1-2：F=4.5NAB圖1-2機(jī)械手專用手指受力圖此時B點彎矩:而手指的抗彎能力為:則手指受力部分中心面的最大正應(yīng)力為：而公式中：M是橫截面上的彎矩；是橫截面上距中心軸為y的各點的正應(yīng)力；y是所求點到中性軸的距離；是橫截面對中性軸z的慣性矩；它表示截面的抗彎能力。 經(jīng)驗證手指符合抓取物體的應(yīng)力要求。2.2機(jī)械手手臂的設(shè)計要求與尺寸計算工業(yè)機(jī)械手中的手臂承載腕部、工件的靜動載荷，需要承受較大的總質(zhì)量，因此其受力很復(fù)雜，運動時產(chǎn)生較大的慣性力矩，引起沖

20、擊，容易影響其定位的準(zhǔn)確性。因此設(shè)計手臂時要盡量采取高強度、硬度的材料。1.機(jī)械手手臂的設(shè)計要求（一）具有一定的剛度，即抵抗外力作用下永久變形和斷裂的能力。（二）設(shè)計尺寸精確，保證抓取時的精確度。（三）保證行走時能客服自身的摩擦力矩。（四）結(jié)構(gòu)緊湊，強度大，選擇剛性材料。2.機(jī)械手手臂的尺寸計算設(shè)定機(jī)械手伸縮機(jī)械前臂主體部分截面長為D=130mm，截面寬d=150mm。設(shè)加上前臂的承載手部與工件的質(zhì)量總和2.45kg，這樣前臂所受力為F=24.5N，機(jī)械前臂長=700mm，材料剪應(yīng)力，此時前臂受力如圖2-2：F=24.5NABL=700mm圖2-2機(jī)械手臂的受力此時機(jī)械手的手臂的彎曲變形： 軸

21、慣性矩 ：所受最大正應(yīng)力：=最后比較，得出，所以設(shè)定值符合。2.3機(jī)械手機(jī)身的設(shè)計要求與尺寸計算機(jī)身與臂部相連，機(jī)身通過連接塊連接手臂。本設(shè)計中機(jī)身一般用于實現(xiàn)回轉(zhuǎn)和仰俯運動。而機(jī)身在運動過程中要克服承載物體對機(jī)身的壓力以與自身的慣性扭矩，因此同機(jī)身一樣要采用高強度硬度的材料。1.機(jī)械手機(jī)身的設(shè)計要求（一）機(jī)身要具有足夠的剛度、強度和穩(wěn)定性。（二）運動要靈活，用于實現(xiàn)升降運動的軸不宜過長，避免長時間負(fù)載之后發(fā)生變形影響穩(wěn)定性。（三）結(jié)構(gòu)布置要合理。（四）結(jié)構(gòu)緊湊，強度大，選擇材料為7075鎂鋁。2.機(jī)械手機(jī)身的尺寸計算機(jī)械手機(jī)身在機(jī)構(gòu)中起著支撐手臂與連接轉(zhuǎn)臺的作用，對其俯仰精度要求不高，而對其

22、強度要求高，即對抗變形能力要求高。機(jī)身受力位于機(jī)身與手臂相連的頂部，但是因為機(jī)身機(jī)構(gòu)可以看成對稱型，其質(zhì)心位置位于幾何圖形的幾何中心，根據(jù)靜力學(xué)原理可求出手臂的質(zhì)心位置位于圖2-3的A-B段上。對設(shè)定的機(jī)械機(jī)身進(jìn)行受力簡化分析如圖2-4：受力分解BAAB圖2-3機(jī)械手機(jī)身受力圖由前文分析得出：因為機(jī)身機(jī)構(gòu)可以看成對稱型，其質(zhì)心位置位于幾何圖形的幾何中心。當(dāng)負(fù)載總質(zhì)量為7.45kg時，機(jī)身的受力與力的分解分析如圖2-3；所以此時機(jī)械手后臂的最大危險截面為中間A-B段，材料的許用切應(yīng)力為；計算此時上端至A-B段的扭矩：按照強度設(shè)計軸的直徑d：由公式：將設(shè)定數(shù)值帶入公式得出:。設(shè)定后臂危險截面長為5

23、2，寬為50故符合要求。2.4機(jī)械手轉(zhuǎn)臺設(shè)計要求與尺寸計算轉(zhuǎn)臺在機(jī)械手有一個回轉(zhuǎn)的自由度，但是因為要支撐整個機(jī)身以上的零件總質(zhì)量，因為其要在很大的重量壓力下完成整個回轉(zhuǎn)動作，而且其受力較為復(fù)雜，一般通過電機(jī)帶動回轉(zhuǎn)，但是過程中容易產(chǎn)生摩擦，因此要對轉(zhuǎn)臺與機(jī)身相連的接觸面進(jìn)行拋光處理。1.機(jī)械手的轉(zhuǎn)臺設(shè)計要求（一）要求轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角度為100°（二）具有一定的強度，即轉(zhuǎn)臺在受力時抵抗彈性變形的能力。（三）保證行走時能客服對摩擦的。（四）結(jié)構(gòu)緊湊，強度大，選擇材料為45鋼。設(shè)計轉(zhuǎn)臺時，因為轉(zhuǎn)臺支撐整個機(jī)身和手臂，受力最復(fù)雜，其主要受力分析簡化圖如圖2-4：圖2-4轉(zhuǎn)臺的受力圖2.轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)運動力

24、矩的計算：回轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動力矩只包括兩項：回轉(zhuǎn)部件的摩擦總力矩和機(jī)身運動部件與其支撐的手臂、手腕、手部與抓取零件的總慣性力矩，驅(qū)動力矩可按照下式計算：式中:為總摩擦力矩（）；為回轉(zhuǎn)運運動部件的總慣性力矩（）且：式中：運動過程中的角速度增量（rad/s）；為運動過程總時間（s）；為全部回轉(zhuǎn)零件對轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動慣量（）。設(shè)定= （運動總時間為5s）；則：因為<6，符合要求。第三章 機(jī)械手的零件圖紙與裝配圖3.1機(jī)械手腕零件圖手腕在夾取物體過程中，因為與其連接的手指經(jīng)常直接接觸物體，導(dǎo)致其易損壞，因此在頂部設(shè)計三個螺紋孔，使其與手指通過螺紋連接，這樣當(dāng)手指有損壞，不需要將手腕卸下來，直接換機(jī)械手指即

25、可，而手腕與手臂的接觸面要采用刨光可以減少摩擦。手腕圖紙如圖3-1所示：圖3-1機(jī)械手手腕圖紙3.2機(jī)械手臂零件圖手臂的設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計必須根據(jù)機(jī)械手的運動形式、抓取動作自由度、運動精度等因素來確定，其受力分析在上一章節(jié)中已經(jīng)詳細(xì)描述，而手臂在運動過程中相當(dāng)于一個懸臂梁，如果材料剛度較差會引起彎曲變形以與側(cè)向扭轉(zhuǎn)變形，故一般選用接近圓柱的整體形狀增加其抗扭度，精度方面本設(shè)計中采用螺紋孔與連接桿項鏈，這樣可以有效的避免精度誤差，采用7075鎂鋁這類高強度、剛度的材料也可以減少手臂運動過程中的受力變形。而為了防止螺紋臂柱出現(xiàn)變形、斷裂，本設(shè)計中與連接塊2連接部分添加一個外套。機(jī)械手手臂圖紙如圖3-2所

26、示：圖3-2機(jī)械手手臂圖紙3.3機(jī)械手機(jī)身與連接部分零件圖1.機(jī)械手機(jī)身零件圖本設(shè)計中機(jī)械手機(jī)身主要作用是起到支撐其他部件，當(dāng)驅(qū)動連接桿帶動連接塊2運動，從而使機(jī)械手產(chǎn)生俯仰，其受力計算同樣在上一章節(jié)中敘述，本章節(jié)將繪制出對機(jī)身的具體圖紙。機(jī)械手機(jī)身圖紙如圖3-3：圖3-3機(jī)身零件圖2.機(jī)械手連桿零件圖連桿，起著連動機(jī)械手的作用，連接塊1與機(jī)身連桿相連，動過驅(qū)動連接塊1的下端，驅(qū)動連連桿，進(jìn)而對整個機(jī)械手進(jìn)行驅(qū)動，而其中連桿如圖3-4所示：圖3-4連桿圖紙3. 機(jī)械手連接塊2零件圖連接塊2與機(jī)身、連桿、手臂相連接，起著連動與驅(qū)動手臂的作用，通過凸桿上面的螺紋連接進(jìn)行前進(jìn)動作，保證了抓取零件時的

27、精準(zhǔn)度，而螺紋桿與連接塊可分開也可以保證手臂的旋轉(zhuǎn)動作。連接塊2零件圖如圖3-5所示：圖3-5連接塊2圖紙3.4機(jī)械手轉(zhuǎn)臺與底座圖紙1.機(jī)械手轉(zhuǎn)臺零件圖在本設(shè)計中，轉(zhuǎn)臺支撐機(jī)身，并完成回轉(zhuǎn)動作，而其中空部分存放電器元件與導(dǎo)線，機(jī)械手中有回轉(zhuǎn)動作的僅有手腕、手臂其轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)臺又因為承載著大部分的電器元件與大部分機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，因此一定要保證轉(zhuǎn)臺在運動中的精度，并在下表面與底座的連接的部分采用刨光。轉(zhuǎn)臺圖紙如圖3-6所示：圖3-6轉(zhuǎn)臺圖紙2.機(jī)械手底座零件圖底座僅與轉(zhuǎn)臺相連，設(shè)計中需考慮底座的強度以足夠支撐整個機(jī)構(gòu)，其圖紙如圖3-73-7底座圖紙3.5機(jī)械手裝配圖機(jī)械手的裝配圖如圖所示，其中：零件3臂套

28、與零件2機(jī)械手臂采用過盈配合，這樣可以既可以使手臂與連接塊2中間的相對而言脆弱的連接部分得到保護(hù)，又可以不輕易脫落下來。零件1手指與手腕用螺紋連接，這樣當(dāng)搬運不同質(zhì)量的物件，或者手指有損壞時，可以直接換下來，而不用將整個手部換下來，可以節(jié)約大量成本。零件4為連接塊2，通過驅(qū)動零件5連桿，從而產(chǎn)生俯仰動作，通過螺紋柱與零件2的連接，產(chǎn)生前進(jìn)后退動作，因為是螺紋連接而不是簡單的過盈配合，因此運動時精度更準(zhǔn)確。其裝配圖紙如圖3-8：3-8機(jī)械手裝配圖第四章 機(jī)械手的三維成型通過前兩章的尺寸計算與二維繪圖，本章中將利用三維軟件Inventor對機(jī)械手進(jìn)行三維成型設(shè)計。4.1機(jī)械手的手腕三維成型由圖3-

29、1二維圖紙中的設(shè)計尺寸在Inventor中進(jìn)行三維建模，通過拉伸倒角，控螺紋處理形成三維模型，其立體圖如圖4-1所示：圖4-1手腕三維立體圖4.2機(jī)械手手臂三維成型由圖3-2二維圖紙中手臂的設(shè)計尺寸在Inventor中進(jìn)行三維建模，通過拉伸、銳邊倒圓角、做加強筋形成三維模型，其立體圖如圖4-2所示:圖4-2機(jī)械手手臂三維立體圖4.3機(jī)械手的機(jī)身三維成型由圖3-3二維圖紙中機(jī)身的設(shè)計尺寸在Inventor中進(jìn)行三維建模，做成成三維模型，其立體圖如圖4-3所示:圖4-3機(jī)械手機(jī)身三維立體圖4.4機(jī)械手的連桿三維成型由圖3-4二維圖紙中連桿的設(shè)計尺寸在Inventor中進(jìn)行放樣掃略，通過拉伸形成三維模型，其立體圖如圖4-4所示：圖4-4機(jī)械手連桿三維立體圖4.5機(jī)械手的連接塊三維成型由圖3-5二維圖紙中的設(shè)計尺寸在Inventor中創(chuàng)建草圖、拉伸草圖