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1、黑龙江八一农垦大学本科毕业设计摘 要科学发展观为我国工程技术的发展开辟了广阔的道路，而机械手作为一种高科技自动化生产设备，已经广泛应用于国民经济的各个领域，这就对我们的教育培训部门提出了新的要求。因此，为了适应社会发展的形势，在现有技术基础上设计一台教学型机械手有着深远的科教意义。本次设计教学用四自由度机械手为教学用专用机械手，主要由手爪、手臂、机身、机座等组成，具备抓取、搬运等多种功能，本机械手机身采用机座式，实验对象围绕机座布置，其坐标形式为关节式，具有水平旋转、手臂竖直摆动等4个自由度；驱动方式为电机驱动，利用电机带动减速机，减速机减速后带动旋转轴实现各个回转运动。电动驱动的优点是控制精
2、度高，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好。本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。采用单片机控制系统，最终实现关节的伺服控制和制动、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的在线修改程序、设置参考点和回参考点。关键词：机械手；电机驱动；伺服系统。Abstract Scientific outlook on development for the development of Engineering Technology in China has opened up a broad road, while the robot as a high-tech au
3、tomated production equipment, has been widely used in various fields of the national economy, it is to our education and training departments to put forward new requirements. Therefore, in order to adapt the social development situation, based on the existing technology and design a teaching manipul
4、ator has profound scientific significance. This design education with three degrees of freedom to education with a dedicated robotic manipulator, mainly by the gripper arm, body, frame and other components, with the feeding, handling and other functions, the phone adopts the base machine, experiment
5、al arranged around the base object, its coordinates in the form of joint type, with horizontal rotation, vertical arm swing, and other three degrees of freedom; drive the motor drive, using motor driven reducer, gear reducer drive shaft after each rotation to achieve movement. Advantages of electric
6、 drive control, high precision, accurately positioning, responsive, enabling high-speed, high-precision continuous path control, servo characteristics of a good. The design of the robot can perform multiple actions on different objects. Control system using single chip, and ultimately the joint serv
7、o control and braking problems, real-time monitoring of the robot movement of each joint, the robot programming and online teaching modify the program, set the reference point and back to the reference point. Keywords: manipulator; motordrive; servo system.IV目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 提出题目的目的
8、与意义11.2 国内外发展的现状11.2.1 国外发展的现状11.2.2 国内发展的状况2第2章 方案的确定与比较分析32.1 机械手机械系统的比较与选择42.1.1 直角坐标型机械手42.1.2 圆柱坐标型机械手42.1.3 球坐标型机械手52.1.4 关节型机械手52.2 机械手驱动系统的比较与选择62.2.1 液体压力驱动62.2.2 气体压力驱动62.2.3 电力驱动7第3章 驱动源的选择与设计计算93.1 主要技术参数的确定93.2 各关节电机的选择计算103.2.1 大臂旋转电机的选择113.2.2 小臂旋转电机的选择123.2.3 腰部旋转电机的选择13第4章 手部结构设计144
9、.1 夹持式手部结构144.1.1 手指的形状和分类144.1.2 设计时考虑的几个问题144.2 手部夹紧气缸的设计154.2.1 弹簧的设计计算154.2.2 对于压缩弹簧稳定性的验算154.2.3 疲劳强度和应力强度的验算164.2.4 手部驱动力计算164.2.5 气缸直径的设计计算174.2.6 缸筒壁厚的设计194.2.7 活塞杆运动行程的计算20第5章 各机械部件的设计选择与校核205.1 轴的设计与校核205.1.1 大臂旋转轴的设计205.1.2 大臂轴的强度校核215.2 键的选择与强度的校核245.2.1大臂旋转轴键联接处键的强度校核245.2.2 小臂旋转轴键联接处键的
10、强度校核255.3 轴承寿命的校核265.4 联轴器的选择与圆锥销的校核275.4.1 联轴器的选择275.4.2 联轴器圆锥销的校核28第6章 基于Creo Parametric机械手运动仿真296.1 四自由度机械手零件的建模296.2 四自由度机械手的装配306.2.1 Creo Parametric的装配306.3 四自由度机械手的运动仿真326.3.1 运动学仿真326.3.2 进入机构模块326.3.3 添加伺服电机346.3.4 定义初始条件356.3.5 定义分析366.3.6 运动仿真视频制作37结 论39致 谢40参考文献41附 录42第1章 绪论1.1 提出题目的目的与意
11、义 为了代替人类在某些苛刻的场合从事生产，或用于流水作业，以机械手往复的工作，节约人的体力。由于机械手在生活中的大量运用，使得人类的生产率有了大幅的提高，同时也改善了我们的工作环境。让人类的生活变得越来越智能化。1.2 国内外发展现状机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识；其一、它能部分代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工作的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大的改善工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人工物力加以研究和应用。尤其在高
12、温、高压、粉压、噪音以及带有放射性的污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视1。1.2.1 国内发展现状工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高
13、技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用1.2.2 国外发展状况专用机械手经过几十年的发展，如今已进入了以通用机械手为标志的时代。机械手可以应用于更加多的场合，从而节约了不少的开发以及设计的成本。由于机械手的发展，进而促进了智能机器人的研制。机械手涉及的内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用了一些电子技术、电视技术、通讯技术、
14、计算技术、无线电控制、仿生学等，因此它是一项综合性较强的技术。目前国外对发展这一技术很重视。几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断的修改，品种在不断的增加，应用领域在不断的扩大。目前国外的发展趋势是2：1 研制有更多自由度的机械手，这样机械手就可以变得更加的灵活，从而完成更加多的动作。 2 研制带有行走机构的机械手，这种机械手可以从一个工作地点移动到另一个工作地点。 3 研制维修维护方便的机械手。 4 研制能自动编制和自动改变程序的机械手。 5 研制具有一定感触和一定智力的智能机械手。这种机械手具有各种传感装置，并配有计算机。根据仿生学的理论，用计算机充当其大脑，使它进行思考和
15、记忆。用听筒和声敏元件作为耳朵能听，用扬声器作为嘴能说话进行应答，用热电偶和电阻应变仪作为触觉和感触。用滚轮或者双足式机构脚来实现自动移位。这样的智能机械手可以由人的特殊语言对其下达命令，布置任务，使自动化生产线成为智能化生产线。 6 机械手的外观达到美观的要求，尽量用最简单的结构和设备能完成更加多的动作。 7 研制具有柔性系统的机械手第2章 方案的确定与比较分析本毕业设计的机械手，要求有较高的定位精度和较高的耐用度，其结构形式方案一般有一下几种7,8：表2-1 机械手结构选型表结构形式方案特点优缺点结构简图直角坐标型操作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单一，使用过程中效率较低圆柱坐标型操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节，其关节轴线按圆柱坐
