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1、XXX学院本科毕业设计（论文）题 目 六自由度搬运机械手的设计 学生姓名 专业班级 机械设计 学 号 院 （系） 学院 指导教师(职称) 完成时间 六自由度搬运机械手的设计 目 录摘 要IABSTRACTII1. 绪言11.1 引言11.2 机械手概述21.3 机械手的组成和分类31.3.1械手的组成31.3.2 械手的分类51.4 机械手国内外发展状况51.4.1 外机器手发展趋势61.4.2 内机器手研究现状61.5 机械手应用的意义71.6 本课题研究任务82. 六自由度搬运机械手的结构设计92.1 六自由度搬运机械手的功能分析92.2 六自由度搬运机械手的坐标形式和自由度92.2.1
2、六自由度搬运机械手的坐标形式92.2.2 六自由度搬运机械手的自由度132.3 六自由度搬运机械手的手臂结构设计142.3.1 六自由度搬运机械手的手臂作用142.3.2 六自由度搬运机械手的手臂组成152.3.3 六自由度搬运机械手的手臂设计要求152.4 六自由度搬运机械手的手腕部结构设计162.4.1 六自由度搬运机械手的腕部作用162.4.2 六自由度搬运机械手的腕部设计要点172.4.3 六自由度搬运机械手的腕部运动选择172.5 六自由度搬运机械手的手部结构设计182.5.1 机械手手部概述182.5.2 夹钳式手部192.5.3 夹钳式手部设计要点212.6 六自由度搬运机械手的
3、材质选择212.7 六自由度搬运机械手的连接设计223. 电路模块的设计233.1 电源开关控制模块233.2 USB烧写接口模块243.3 单片机最小系统设计253.3.1 AT89S51芯片253.3.2 复位电路273.3.3 时钟电路284. R/C伺服电机程序编写294.1 R/C伺服电机介简介294.2 R/C伺服电机工作原理304.3 Futaba S3003舵机介绍304.4 舵机控制流程315. 心得体会33总 结35致 谢36参考文献37附 录138附 录239六自由度搬运机械手的设计 六自由度搬运机械手的设计摘 要本文主要针对六自由度机械手在国内外的发展现状，并结合我国在
4、当前工资水平较低的制造业中，尽管仍属于劳动密集型，但机械手的使用却相当普遍这一现状，以及目前世界上对于机械手的整体研究，尤其是六自由度机械手的研究拥有深刻的意义。根据当前世界各先进国家对于机械手的应用情况及各先进国家对于机械手乃至机器人这一领域的深入研究，本文主要从六自由度搬运机械手的结构设计与制作，电路图的设计与绘制，控制系统的程序编写三个方面入手，并分别给予详细的介绍，从而让在校大学生或机器人爱好者能以此为基础，从而自己动手，一步步的从机械手的结构设计与制作，电路图的设计与绘制，控制系统的程序编写，来设计自己的机械手，从而为以后更深层次的研究打下基础。关键词 六自由度/搬运/机械手/单片机
5、全套图纸加153893706Design of six degree of freedom manipulatorABSTRACTIn this paper , six degrees of freedom manipulator for the development status at home and abroad , combined with Chinas low wage levels in the current manufacturing indus-try , although still a labor-intensive , but the use of mechanic
6、al hand this situation is quite common , and the world for the whole of the robot , especially the six-DOF Manipulator with a deep meaning . Advanced countries , according to the current world applications for robot field ,in this paper ,which mainly introduce the design and production of the struct
7、ure the design and draw of the circuit ,the program writing of the control system ,of six degree of freedom manipulator, which are given in detail , so as to let students or robot lovers can take this as the foundation , and the doing in themselves ,step by step , from the design and production of t
8、he structure, the design and draw of the circuit ,the program writing of the control system , to design themselves manipulator . From this paper , they can lay the foundation for the deeper research.KEY WRDS six degrees of freedom, manipulator, circuit, programI六自由度搬运机械手的设计 1. 绪言1.1 引言在工资水平较低的中国，制造业
9、尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土制造厂也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交货周期缩短带来的挑战。机械手可以确保运转周期的一贯性，提高品质。另外，让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定，而且也更加安全。同时，不断发展的模具技术也为机械手提供了更多的市场机会。可见随着科技的进步，市场的发展，机械手的广泛应用已渐趋可能，在未来的制造业中，越来越多的机械手将被应用，越来越好的机械手将被创造，毫不夸张地说，
10、机械手是人类是走向先进制造的一个标志，是人类走向现代化、高科技进步的一个象征。 因此如何设计出一个功能强大，结构稳定的机械手变成了迫在眉睫的问题。图1-1 Unimate工业机器人机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，1954年，美国人（George C.Devol）提出了一个关于工业机器人的技术方案，随后注册成为专利。1960年推出的工业机器人的实验样机。1961年推出了定名为“Unimate”的第一台工业机器人，用于模铸生产。自60年代初问世以来，经历了40多年的发展才取得长足的进步。在国家标准中，工业机器人被定义为:“一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。它
11、能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。”机器人赖以完成各种作业的机械实体(称作操作机或操作器或机械手)被定义为:“具有和人手臂相似的动作功能，可以在空间抓放物体或者进行其他操作的机械装置。”可见，工业机器人是一个机电系统，机械手是它的执行机构。工业机器人在经历了诞生一成长一成熟期后，已成为制造业中不可缺少的核心装备。同时随着社会的发展和人们生活水平的提高，各种各样的机器人也被开发出来去适应制造领域以外的各个行业。这些机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，仿人形机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途的特种机器人
12、纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。其中移动机器人成为机器人学发展中的一个重要分支。实际上早在60年代，国外就有了关于移动机器人的研究。发展到今天，移动机器人涉及到的各学科门类日益丰富，也给国内外的研究人员及学者提出了许多新的挑战，更由于其在军事侦察、排雷排险、防核污染等危险与恶劣环境具有广阔的应用，从而得到了普遍的关注。 图1-2 英国的“土拨鼠”和“野牛” 图1-3 漫游者走出着陆装置遥控电动排爆机1.2 机械手概述机械手是机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它能模仿人的手和臂的某些动作功能，用以按照固定程序抓取、搬运物件或者操作工具的自动操作装置。在现代化生产过程中，机
13、械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手的研制和生产已成为高技术领域内、迅速发展起来的一门新的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能够更好地实现以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子灵活，但它具有不断重复工作和劳动，不知疲劳、不怕危险，抓取重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手也受到了许多部门的重视，并越来越广泛地得到应用。机械手技术涉及到力学、机械学、电气自动控制技术、传感器技术和许多计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手是一种能够自动化定位控制并可重复编写程序以变动的多功能机器，它有许多的自由度，可用来搬运物体以完成各个不同环境中的工作。1.3 机械手
14、的组成和分类1.3.1械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置说组成。各系统相互关系如下方框图1-4所示。驱动机构执行机构控制机构位置检测装置 图1-4 机械手组成部分（1）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。A.手部即与物件接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可以分为夹持式和吸附式。在本课题中我们选用的是夹持式手部结构。夹持式手部由手指（或手抓）和传力机构组成。手指是与物体直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单、制造容易，故应用较广泛。平移型运用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物体的表面形状、被抓部位（是外廓还是内孔）和物体的重量及尺寸。常用的指型有平面的、V型面的和曲面的；手指有外夹式和内撑式；指数有双指、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生加紧力来完成夹放物体的任务。传力机构型式较多，时常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杆螺母弹簧式和重力式等。B.手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整抓取物件的方位（即姿势）。C.手臂手臂是支撑被抓
