机械手张佼佼论文
多冗余度机械臂机构设计及仿生运动研究---优秀毕业论文参考文献可复制黏贴
工学硕士学位论文多冗余度机械臂机构设计及仿生运动研究赵凯哈尔滨工业大学2007年7月国内图书分类号：TP242.6国外图书分类号：681.5工学硕士学位论文多冗余度机械臂机构设计及仿生运动研究硕士研究生：赵凯导师：吴伟国 教授申请学位：工学硕士学科、专业：机械设计及理论所在单位：机电工程学院答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index:TP242.6U.D.C: 681.5Dissertation for the Master Degree in EngineeringMechanism Design of Manipulator with Multiple Redundant Degrees of Freedom and Its Bionic MotionResearchCandidate：Zhao KaiSupervisor：Prof. Wu WeiguoAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpeciality：Mechanical Design and Its Theory Affiliation：School of Mechatronics Engineering Date of Defence：July, 2007Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- -I 摘 要多冗余机械臂能够克服传统非冗余度机器人操作臂的灵活性差、环境适应性不高的缺点，有利于提高操作灵活度、回避障碍能力，有着很好的可操作性，其研究在诸如空间漂浮物包围抓取与回收等的空间技术、复杂环境等方面具有实用价值，因此本文基于一种改进型无奇异全方位关节机构研究多自由度机械臂及其仿生运动理论具有重要的理论意义与应用价值。
国创项目机械手文献综述
基于机器视觉的仿人三指放书机械手文献综述1、引言随着科技的发展，机器人技术是未来科技的发展方向,尤其是仿人机器人。
但是仿人机器人目前还只停留在实验室阶段，还无法成为一种大规模生产的产品为大家服务。
特别是仿人五指灵巧手，还只是实现了摆出各种动作，而正常的握持物体仍存在困难[1]。
基于此点，我们想设计制作一种多自由度仿人三指取书机械手，一取书动作简单，三指即可实现，而且图书重量并不大，拟实现仿人三指手的稳定握持；二实用性强，特别是此机械手可以帮助残疾人或手部不便利的老人取书架上的图书，制作成服务型机器人可投入量产服务大众。
为此，我们搜集了近几年的文献资料，为该项目的设计提供可行的方案。
机械手是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
而仿人多指灵巧手是指模仿人类具有多个手指关节的可按照指令完成人手可以完成的动作的机械装置。
在研究仿人多指灵巧手的时候，会涉及机械设计、机电控制、控制系统、测试系统、材料力学等多个领域多个学科。
本文将从仿人多指灵巧手和机器视觉两个方面介绍当前的研究状况。
2、机械手研究发展概况目前，在日本和欧美等发达国家的工厂和企业中，工业机械手已经被广泛地运用来代替工人完成各类简单和重复性的工作。
这类工业机械手基本上是限定在特定的环境中完成单一的操作。
对于一些在繁重、危险、恶劣、极限或一般的环境下需要人手才能完成的复杂作业而言，例如捏、夹、推、拉、按、剪、切、敲等，普通的工业机械手则显得无能为力。
由于和人手一样带有五个手指和手掌及分布触觉机能的五指形灵巧手具有极强的功能和很高的通用性，它完全可以代替或帮助人类在各种场合下灵巧地完成各类复杂的作业。
例如，机械制造、化工生产、核电维修、军事战备、医疗手术扥。
因此，各发达国家的工厂正迫切地希望研制出高性能的通用型五指灵巧手来完成上述作业[2]。
据目前的资料，最早的多指形机械手出现于1962年[3]。
当时美国制造出来一种类似多指形机械手的手爪，由于该手仅仅是装配有多指的手抓，不能完成灵巧操作，因此它并不能算真正意义上的多指形灵巧手。
吸盘式Scara机械臂结构设计毕业设计论文(1)
目录摘要 (I)ABSTRCT (II)1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2机器人的定义及特点 (1)1.2.1 机器人的定义 (1)1.2.2 机器人的特点 (2)1.3机器人的构成及分类 (3)1.3.1 机器人的构成 (3)1.3.2 机器人的分类 (4)1.4机器人的应用与发展 (5)1.4.1 机器人的应用 (5)1.4.2 机器人的发展 (7)1.5本文的研究内容 (9)2 SCARA机器人的研究意义和原理设计 (10)2.1SCARA机器人的研究意义 (10)2.2SCARA机器人的特点 (10)2.3SCARA机器人传动方案的确定 (11)3 吸盘式SCARA机械臂驱动设计 (15)3.1机器人驱动方案的对比分析及选择 (15)3.2各自由度步进电机的选择 (16)3.2.1 第一自由度步进电机的选择 (17)3.2.2 第二自由度步进电机的选择 (17)3.2.3 第三自由度步进电机的选择 (18)3.2.4 第四自由度步进电机的选择 (19)4 吸盘式SCARA机械臂集成模块化机构设计 (20)4.1同步齿形带传动设计 (20)4.1.1 求出设计功率Pd (20)4.1 2 选择带的节距 (20)4.1 3 确定带轮直径和带节线长 (20)4.2丝杠螺母设计 (23)4.2.1 丝杠耐磨性计算 (23)4.2.2 丝杠稳定性计算 (23)4.2.3 丝杠刚度计算 (24)4.2.4 丝杠和螺母螺纹牙强度计算 (24)4.2.5 螺纹副自锁条件校核 (25)4.3各输出轴的设计 (25)4.3.1 机身输出轴设计 (25)4.3.2 大臂输出轴设计 (26)4.3.3 带轮轴设计 (26)4.3.4 升降轴设计 (26)4.4壳体设计 (27)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)吸盘式Scara机械臂结构设计摘要在装配机器人中，平面关节型装配机器人(即SCARA型)是应用最广泛的一种装配机器人。
delta机器人设计开题报告
燕山大学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：Delta并联机器人系统总体设计学院（系）：里仁学院年级专业：08机械电子工程学生姓名指导教师：完成日期：2012年3月25日一、选题背景及意义……………………………………………………………………………………………二、.研究内容…………………………………………………………………………………………三、研究步骤、方法及措施……………………………………………………………………………………………四、研究工作进度……………………………………………………………………………………………五、主要参考文献……………………………………………………………………………………………六、指导教师意见……………………………………………………………………………………………指导教师签字：年月日七、系级教学单位审核意见：审查结果：□通过□完善后通过□未通过负责人签字：年月日1.选题背景及意义并联机器人是一类全新的机器人，它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点，与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系，因而扩大了整个机器人的应用领域。
并联机器人可以作为航天上的飞船对接器、航海上的潜艇救援对接器；工业上可以作为大件的装配机器人、精密操作的微动器。
近年来还研究将它用作虚拟6轴加工中心，以及毫米级的微型机器人等，可以预见这类机器人在21世纪将有广阔的发展前景。
Delta并联机器人最早是在1985年由R.clavel提出的，因其基座平台和运动平台都呈三角形形状而得名。
Delta机器人作为并联机构的一种，具有上述的诸多优点和各种可能的应用，是目前商业应用最成功的机器人之一。
当初，比如，当在运动平台上装上适当的末端执行器后，特别适用于电子元器件的快速装配插接。
在轻工业中的包装，pick-and-place操作，医学手术等也有较多应用。
在国外Delta机器人已经成功的应用在大范围的领域中，而且取得了不错的业绩。
scara机械手毕业设计
scara机械手毕业设计在现代工业生产中，机械手已经成为不可或缺的一部分。
而SCARA机械手作为一种常见的工业机械手，具有高效、精准、灵活等特点，被广泛应用于各个领域。
本文将探讨SCARA机械手在毕业设计中的应用。
首先，我们来了解一下SCARA机械手的基本原理和结构。
SCARA机械手是一种具有两个旋转关节和一个平移关节的机械手臂，其结构类似于人的手臂。
这种结构使得SCARA机械手能够在平面内进行高速、精确的运动。
同时，SCARA 机械手还具有较大的工作空间和较高的负载能力，可以适应不同的生产需求。
在毕业设计中，SCARA机械手可以用于各个领域的研究和实践。
例如，在制造业中，SCARA机械手可以用于自动化生产线的组装、搬运和包装等工作。
通过编写适当的程序，机械手可以根据预设的路径和动作完成各种任务，提高生产效率和质量。
另外，SCARA机械手还可以应用于医疗领域。
例如，在手术中，机械手可以代替医生完成一些精细、繁琐的操作，如缝合伤口、植入手术器械等。
这不仅可以减轻医生的工作负担，还可以提高手术的精确度和安全性。
此外，SCARA机械手还可以用于科研领域的实验和研究。
例如，在材料科学中，机械手可以用于材料的测试和分析。
通过控制机械手的运动和力度，可以模拟不同的力学环境，研究材料的性能和行为。
在毕业设计中，使用SCARA机械手需要进行一系列的设计和实验。
首先，需要对机械手的结构和参数进行设计和优化。
根据具体的应用需求，选择合适的材料和驱动系统，以及确定机械手的工作空间和负载能力等。
同时，还需要编写控制程序，实现机械手的运动和动作。
通过与其他设备的连接和通信，实现机械手的自动化操作。
在实验过程中，需要进行一系列的测试和调试。
通过观察和记录机械手的运动和动作，分析其性能和稳定性。
根据实验结果，进一步优化机械手的设计和控制程序，以提高其工作效率和精确度。
最后，需要进行实际应用和评估。
将设计好的SCARA机械手应用于具体的生产线或实验环境中，观察和评估其性能和效果。
三自由度机械手论文：太阳能硅片移送用三自由度机械手的研究
三自由度机械手论文：太阳能硅片移送用三自由度机械手的研究【中文摘要】工业机器人正在逐步取代人工完成某些复杂工作,硅片制造业对环境洁净度要求极高,为了提高精度及效率,大量采用机器人来代替人工完成加工、搬运等工作。
本课题以太阳能硅片移送用三自由度机械手为研究核心,开发出一种基于笛卡尔直角坐标系的专门用于太阳能硅片自动搬运的高精度机械手,该机械手定位精度高,控制简单,可取代人工搬运方式,实现太阳能硅片生产的局部自动化。
本文首先探讨机械手的机械结构,分析了各种坐标形式的机械手结构,最终选定了直角坐标形式。
机械手采用滚珠丝杠副实现三个方向的运动,并根据该机械手的性能要求及特点,确定开环控制方式,采用步进电动机作为机械手的驱动元件,PLC作为控制核心,由此确定了硅片移送机械手的整体结构与控制系统。
针对硅片移送快速的性能要求,本文对机械手进行了时间最优轨迹规划,使机械手完成搬运的时间最短。
然后根据时间最优轨迹路进行了插补运算,采用直线插补与圆弧插补两种方法,并且根据步进电动机特点提出具体执行方式。
在太阳能硅片移送机械手软件程序开发时,采用顺序设计方法编写梯形图程序,并对PLC内部存储空间进行合理分配。
最后完成了该机械手的组装与调试,通过不同实验验证了机械手的性能。
分析了重力作用下形变对于机械手误差及定位精度的影响,采用脉冲补偿法进行补偿,补偿后减少了机械手的误差。
【英文摘要】Industrial robots are gradually replacing the manual to complete somecomplex work，wafer manufacturing requires a high degree of environmentalcleanliness．In order to improve accuracy and efficiency，a large number of robotsbeing used to replace the manual completion of processing，handling and otherwork．This paper takes the solar wafer transfer robot with three degrees of freedomas the research core，developed a specialized solar wafers for high-precision automatic handling robot based on Descartes Cartesian coordinate system．Thismanipulator has high positioning accuracy，simple control，and can replaceartificially handling methods to realize the local automation production of solarwafers．First，this paper discusses the mechanical structure of the manipulator，analyzes the structure of the manipulator of coordinates，and finally selected therectangular coordinate form．Robot adopts ball screw-to achieve the movement inthree directions．Open-loop control mode is determined according to theperformance requirements and features of the robot．Adopt stepper motor as amanipulator drive component，PLC as control core，then define the overall structureand control system ofthe wafertransfer robot．According to the performance requirementsof wafer transferred fast，this paperconducted a timeoptimal robot trajectory planning to make the manipulatorhandling complete in the shortest time．Then interpolation operation is usedaccording to time optimal trajectory road．Using the straight-line interpolation andcircular interpolation，and propose the concrete implementation according to thecharacteristics of stepping motor．When developing solar wafers to manipulator software program，ladder isprepared by sequential design procedure，and reasonable distribution of PLCinternal storage space．Finally，the robot completes the assembly and commissioning．Performanceof the robot is verified through different tests．Analyzed the gravitydeformationlocalization accuracy for error and theinfluence of positioning accuracy．Using pulse compensationto compensate to reduce error of the manipulator．【关键词】三自由度机械手步进电动机时间最优轨迹规划插补脉冲补偿【英文关键词】Three DOF Manipulator Stepper Motor Time optimal trajectory planning Pulse Compensation 【目录】太阳能硅片移送用三自由度机械手的研究摘要4-5ABSTRACT5第1章绪论8-18 1.1 课题研究的背景8-9 1.2 课题的目的及意义9 1.3 机器人概述9-12 1.3.1 机器人的分类9-10 1.3.2 国外机器人发展状况10-11 1.3.3 我国机器人发展状况11-12 1.4 硅片传输机械手相关技术及发展状况12-15 1.4.1 硅片传输机械手的发展12-15 1.4.2 硅片传输机械手的发展趋势15 1.5 机械手运动轨迹规划概述15-16 1.5.1 机械手轨迹规划方法概述15-16 1.5.2 机械手时间最优轨迹规划方法16 1.6 本文的主要研究内容16-18第2章机械手机电系统的设计18-31 2.1 引言18 2.2 三自由度机械手的机械系统设计18-26 2.2.1 机械手坐标形式的分析18-20 2.2.2 机械手机械结构的设计20-23 2.2.3 结构形变误差的分析23-26 2.3 三自由度机械手的电气系统设计26-30 2.3.1 负载转矩及转动惯量26-27 2.3.2 电气系统执行部件的选择27-28 2.3.3 机械手驱动控制系统的设计28-30 2.4 本章小结30-31第3章机械手运动轨迹规划及插补算法31-42 3.1 引言31 3.2 机械手轨迹规划31-37 3.2.1 轨迹规划方法31 3.2.2 三自由度机械手时间最优轨迹规划31-37 3.3 机械手运动轨迹插补37-41 3.3.1 直线和圆弧运动轨迹插补38-40 3.3.2 插补运动轨迹的执行40-41 3.4 本章小结41-42第4章系统的软件设计及实验42-59 4.1 引言42 4.2 顺序程序设计42-51 4.2.2 控制系统流程图42-45 4.2.3 PLC存储空间分配45 4.2.4 插补流程45-47 4.2.5 系统的软件程序设计47-51 4.3 系统实验51-56 4.3.1 电气系统测试实验51-53 4.3.2 单轴实验53 4.3.3 步进电动机联动实验53 4.3.4 定位实验53-55 4.3.5 抓取实验55-56 4.4 系统的误差分析及脉冲补偿法56-57 4.4.1 误差分析56-57 4.4.2 脉冲补偿法57 4.5 本章小结57-59结论59-60参考文献60-64攻读硕士学位期间发表的论文64-66致谢66。
腰椎后凸矫形机械手的临床应用
中华 临床 医 学杂 志 。２ ０ ０ ７年 ９月 ，第 ８ ，第 ９期 卷
２３
物 ，是 目前应用最广 的一类 广谱杀 虫剂 ，对 人畜均
有毒性 。以上全 部病例 均符 合 国家颁布职 业性急性 重度有机磷农药 中毒诊 断标 准与处理原 则¨。Ａ Ｐ 】 ＯＰ
１１腰椎后 凸矫形机械手的结构和使用方法 ．
照组 。
表 ｌ 两组腰段 生理前 凸度 恢复所需 时问对比
１． ． １结构 腰椎后 凸矫形机械手 由三部分组成 ： １ １ （）
机 身立体结构 ：由万 向轮 、底座 、立柱、 固定牵 引 床 夹组成 ；（） 械臂 ：可 以上下左 右 自由调动 ；（） ２机 ３
亡率及 并发症 的发 生率 。树脂 血液灌 流适用于救治 脂溶性 大分子 、环关小 分子 或与血浆 蛋 白结合率高 的药物 ，中毒 患者通 过树脂 相对特 异性 吸附作 用直 接清 除血液 中毒物 以达治疗 目的。
是基 层医院常见病 、多发 病 ，残 废率居高 不下 ，对 轻 中症患者治疗方法大 同小异 ，而对 重度 Ａ Ｐ Ｏ Ｐ常
了腰 椎后 凸矫 形机械 手 ，用于病 人腰椎牵 引时下压
双侧下肢麻木、疼痛等一系列症、Ｉ。 状”
腰椎 间盘突 出症 的治疗 方法 目前分为三 大类 ： 非手术治疗 、介入疗 法和手 术治疗 。对于 手术治疗
和介入疗法 ，在临床 上取得 了较好 的疗效 ，但也存
在着诸如 并发症、适应 范 围相对较小 、费 用较高等 问题 ，并且 不能 很好解决腰椎侧弯和后 凸问题 。因
机械 手 ：形似人手掌腕 ，直接接 触腰椎 后 凸病变部 位 ，传感压力测示器 。
两组 比较 ， Ｐ ５ ＜Ｏ ０
机器人三自由度灵巧手爪设计_中期报告 (2)
河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）中期报告毕业设计题目：反恐机器人三自由度灵巧手爪设计专业：机械设计制造及其自动化学生信息：姓名：王浩宇学号：105509 班级：机设C105指导教师信息：教师号20014 姓名丁承君职称教授报告提交日期：1.灵巧机械手总体方案的确定机械手需要满足的动作要求为，以实现其具有开门、取物等相对灵巧的能力，手指开度不小于50mm，总体重量不超过2kg，要求抓取物体质量3kg。
方案一：图1.1机械手结构方案一方案二：图1.2机械手结构方案二方案一与方案二比较：方案一中结构紧凑且运用动力种类单一，有更为广阔的应用型，但是由于手爪需要抓取3kg的物体，如果在机械运动中超过一倍的加速度，电机将不能满足手爪的设计要求或是机械结构更为繁琐致使机械手超出预定的质量；方案二中机械结构更为简单，动力源有气缸与电机，机械对环境的要求比方案一要高，但是在实际的操作中方案二有较高的稳定性与安全性。
2.主要机构的详细设计经过多方资料，与结构优缺点比较，因此选择方案二作为本次设计的方案。
机械手由三部分组成，手指部分、翻转结构以及旋转结构，通过气缸推动齿轮轴带动手指的齿轮实现手指的张和，翻转结构电机经齿轮变速与固定在手腕的齿轮啮合，实现手部的翻转；电机带动行齿轮轴系实现手部的旋转。
2.1手指结构设计灵巧机械手设计要求为整体重量不超过2kg，而且手指开度为50mm，因此手指的长度设计为80mm，考虑其工作状态，加速度为一倍重力加速度，因此在手指的选材上选择非金属材料，而且要求具有稳定的工作特性和防腐防老化的性能，综合各个方面要求选择聚丙烯材料，其密度低，工作特性稳定，且具有较高强度。
图3.1手指结构手指选材：聚丙烯pp，密度为3/91.0cmg，在-10---100摄氏度一下可稳定工作。
校核：手指所承受的径向力FNggkgF60203)(3=⨯=+⨯= 3.1重力mNg∙=10已知条件：手指总长 l = 0.08m集中载荷 P = 60N弹性模量 E = 5GPa截面的轴惯性矩45101--⨯=m I纵向作用力 Q = 60 N剪切面积44108.0--⨯=m A许用剪切应力 [τ] = 33MPa材料弹性模量 E = 5GPa 波松比 μ = 1计算结果：悬臂梁一的危险截面B 处的: 支座反力N F rb 60=反力矩N M b 8.4-= 最大剪力N Q b 60-=最大挠度m f a 4102048.0-⨯= 最大转角510384.0-⨯-=a θ剪应力 τ = 0.75MPa剪应变m 410264.0-⨯=γ 手指一端齿轮模数为1压力角020，齿轮宽12mm 。
轻韧型软体夹持器的仿生设计与研究
在,腔室在轴向和径向上都会发生变形,在轴向产
生弯曲变形,在径向产生扭转变形,二者共同作用
在执行器上,从而形成了执行器的螺旋运动,并形
成图 ２ 所示的构型.要想使“花冠”实现螺旋状开
合,每个夹爪需要实现螺旋线形式的动作轨迹.
响较小的条件下 增 强 夹 爪 刚 度 的 方 案,即 在 每 个
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多学者进行了深入的研究.魏树军等 [７]通过在软
体上缠绕纤维,设 计 了 一 款 纤 维 增 强 型 软 体 夹 持
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器;
TAWK 等 ８ 运用 ３D 打 印 技 术 研 发 了 一 款 具
双电磁吸盘上下料机械手结构设计与仿真
摘要目前,在汽车防撞梁焊接过程中，多数企业还是采用人工进行上下料,这种方式效率低下，已经不能满足市场的需求，因此需要改用机械手代替人工进行上下料。
机械手上下料有诸多优点：如减少人工成本、提高生产效率和产品质量、保障作业安全等。
被抓取的工件防撞梁是由支架和圆管两部分组成，若要实现对防撞梁的上下料抓取动作还存在一些困难。
为了克服此难点，本文研发了一种弧面和平面组合式的电磁吸盘，并将两个电磁吸盘对称安装在可调式的连接臂上组成可调式的双电磁吸盘机械手爪；此外，本文还设计了一款六关节机械手本体，将双电磁吸盘机械手爪安装在六关节机械手本体上，组成双电磁吸盘上下料机械手。
论文的主要研究工作如下：(1)弧面和平面组合式电磁吸盘结构设计及磁力仿真分析验证和双电磁吸盘机械电磁手爪的设计。
该部分先用Caxa软件建立组合式电磁吸盘二维结构图；再依照二维结构图的尺寸和结构，用Solidworks软件建立组合式电磁吸盘的三维模型，并将两个电磁吸盘对称安装在可调式的连接臂上，组成可调式双电磁吸盘的机械手爪。
对组合式电磁吸盘在上下料过程中所需的电磁力大小进行理论分析及在Maxwell软件中进行电磁仿真分析。
(2)六关节上下料机械手本体结构设计。
该部分设计了一款六关节机械手本体，并确定了每个关节电机的安装位置以及每个关节之间传递扭矩的方案。
(3)机械手本体的运动学分析。
建立机械手连杆坐标系，用解析法、列D-H 参数进行运动学求解；并在Matlab软件中编写程序文件，建立GUI人机交互界面，验证运动学方程及编程的正确性以及机械手结构的合理性。
(4)机械手本体的动力学分析。
用拉格朗日法建立机械手动力学方程；并用ADAMS软件进行动力学仿真分析。
通过观察后处理曲线，得出机械手在上下料过程中的末端位移及各个关节的角速度和角加速度曲线和扭矩曲线。
分析后处理曲线变化，发现仿真过程没有卡死现象，可以满足预定要求。
关键词：组合式电磁吸盘；上下料机械手本体；运动学；动力学AbstractAt present, in the process of automobile anticollision beam welding, most enterprises still use manual loading and unloading, the way is a low efficiency. And this way could not meet the market demand, so a manipulator is needed to replace manual worker. he manipulator has many advantages, such as reducing labor cost, improving production efficiency and product quality, and ensuring operation safety. The grab workpiece anticollision beam is composed of a bracket and a round pipe. It is difficult to grab the material of the anticollision beam. In order to overcome this difficulty, it is designed that a kind of curved surface and flat surface combined electromagnetic chuck, and two electromagnetic suckers are symmetrically installed on the adjustable connecting arm to form an adjustable double electromagnetic chuck mechanical claw. In addition, it is designed that a six-joint manipulator body, the double electromagnetic chuck manipulator claw installed on the six-joint manipulator body, the composition of double electromagnetic chuck loading and unloading manipulator. The main research work of this paper is as follows:(1)Structural design and magnetic simulation analysis of the curved and flat combined electromagnetic chuck and design of the mechanical electromagnetic gripper of the double electromagnetic chuck. In this part, Caxa software is used to establish the two-dimensional structure of the combined electromagnetic chuck. Then according to the size and structure of the two-dimensional structure diagram, the Solidworks software is used to establish the three-dimensional model of the combined electromagnetic sucker, and the two electromagnetic suckers are mounted symmetrically on the adjustable connecting arm to form the adjustable double electromagnetic sucker's mechanical gripper. The electromagnetic force required by the combined electromagnetic chuck in the loading and unloading process was analyzed theoretically and the electromagnetic simulation analysis was carried out in Maxwell software.(2)Body structure design of six-joint loading and unloading manipulator. In thispart, a six-joint manipulator body is designed, then, the installation position of each joint motor and the scheme of transferring torque between each joint are determined.(3)Kinematic analysis of the manipulator body. The coordinate system of manipulator connecting rod is established, and the kinematics is solved with analytical method and column D-H parameters. And in Matlab software programming files, the establishment of a GUI human-computer interaction interface, verify the correctness of the kinematics equation and programming as well as the structure of the manipulator is reasonable.(4)Dynamic analysis of the manipulator body. The dynamics equation of manipulator is established by Lagrange method. The dynamic simulation analysis is carried out by ADAMS software. By observing the post-processing curve, the end displacement and angular velocity and acceleration curves and torque curves of each joint of the manipulator in the loading and unloading process are obtained. After analyzing the change of post-processing curve, it is found that the simulation process has no stuck phenomenon and can meet the predetermined requirements.Key words：combined electromagnetic chuck，loading and unloading manipulator body ，kinematics ，dynamics目录第一章 绪论 (1)1.1引言 (1)1.2 选题背景 (1)1.3 工业机械手国内外发展状况 (1)1.3.1 工业机械手国外发展状况 (1)1.3.2 工业机械手国内发展状况 (2)1.4 机械手仿真系统国内外研究现状 (3)1.4.1 机械手仿真系统国外研究现状 (3)1.4.2 机械手仿真系统国内研究现状 (4)1.5 论文研究内容 (4)第二章 双电磁吸盘机械手爪结构设计与仿真分析 (6)2.1 引言 (6)2.2 工件简介 (6)2.3 手爪机械结构设计 (8)2.4 电磁吸盘结构设计 (8)2.5 电磁吸盘的力学特性分析 (9)2.6 电磁吸盘电磁分析 (11)2.6.1 Maxwell 软件简介 (12)2.6.2 电磁分析理论基础 (12)2.6.3 电磁吸盘求解过程 (13)2.7 本章小结 (15)第三章 上下料机械手本体方案设计 (16)3.1 引言 (16)3.2 系统总体布局及工作过程 (17)3.3 机械手本体结构设计概述 (18)3.3.1 机械手本体的结构形式及选用 (18)3.3.2 确定上下料机械手的基本参数 (20)3.4 机械手本体结构设计 (20)3.4.1 机身结构设计 (21)3.4.2 机身传动方案 (23)3.5 手腕选型及结构设计 (23)3.5.1 手腕结构类型 (23)3.5.2 手腕机械结构设计 (24)3.5.3 手腕传动方案 (25)3.6 本章小结 (26)第四章 运动学分析及关键点位验证 (27)4.1 引言 (27)4.2 连杆参数及坐标系建立 (28)4.3 运动学分析 (28)4.3.1 运动学正解 (28)4.3.2 运动学逆解 (30)4.4 实例验证 (33)4.4.1Matlab软件简介 (33)4.4.2 创建GUI人机交互界面 (34)4.4.3 运动学验证 (35)4.4.4 机械结构验证 (36)4.5 本章小结 (37)第五章 动力学公式推导及连续性仿真 (39)5.1 引言 (39)5.2 动力学分析方法简介 (39)5.3 动力学分析 (43)5.3.1 动能计算 (43)5.3.2 势能计算 (45)5.3.3 Lagrange动力学方程 (46)5.4 动力学仿真 (47)5.4.1 软件介绍 (47)5.4.2 仿真设计思路 (48)5.4.3 Adams动力学仿真 (44)5.5 本章小结 (50)第六章 总结与展望 (51)参考文献 (52)致谢 (55)个人简历及在校研究成果 (56)第一章 绪 论1.1 引言随着世界科学技术的快速发展, 不仅机械手技术越来越成熟,而且机械手的应用领域也越来越广泛。
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西安技师学院工业自动化系12届预备技师毕业设计（论文）论文名称：智能机械手机械部件修复与改进姓名：张佼佼专业班级：12届数维预备技师班指导教师：高德龙日期：2012年6月9日成绩：□优□良□中□及格□不及格内容提要随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。
文章主要叙述了对原有机械手的修复设计计算过程。
首先，本文介绍机械手的作用，机械手的组成，简要说明了自由度和机械手整体座标的形式。
同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。
文章介绍了机械手机械部分修复、改进的方法和计算，详尽的提出了机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的改造设计方案，说明了在机械装配和调试中遇到的问题，并针对此问题提出了一系列解决方法。
技术难点在于：怎么合理的减小齿轮传动中的运动间隙。
普遍的应用方法和本次根据实际情况采用的消隙方式。
关键字：齿轮啮合中心距过盈配合目录内容提要 (2)一、绪论 (4)1.1前言 (4)1.2械手在生产中的应用 (4)二、原有机械手的介绍 (5)2.1功能 (5)2.2组成 (5)2.3技术指标 (6)三、机械手存在问题的分析及解决方案 (6)3.1存在现象 (6)3.2分析存在现象的原因 (6)3.3拆机验证问题的根本原因 (7)3.4解决方案 (7)四、改进方法和计算过程 (7)4.1消除齿轮转动间隙的方法 (7)4.1.1游丝控制齿轮啮合间隙装置 (7)4.1.2多层叠合齿轮装置 (8)4.1.3拉簧控制齿轮齿条间隙消除装置 (8)4.1.4张力弹簧拼合齿轮装置 (8)4.1.5卡簧拼合齿轮装置 (9)4.1.6磁性齿轮装置 (9)4.1.7直齿的调整方法 (10)4.2手臂3的改进及计算 (10)4.3手臂3加工时的主要要求 (12)4.3.1手臂3加工的主要要求技术 (12)4.3.2加工工艺过程 (12)4.4手爪的改进及计算 (12)五、机械装配、调试中遇到的问题及解决方法 (14)5.1机械装配中的注意事项 (14)5.1.1滚动轴承装配的注意事项 (14)5.1.2键、槽装配的注意事项 (15)5.1.3齿轮装配的注意事项 (15)5.2手臂3的装配 (17)5.3手爪的装配 (18)5.4机械调试 (18)5.5装配和调试中遇到的问题及解决方法 (19)5.5.1齿轮无法转动 (19)5.5.2手爪的卡死 (19)小结 (21)参考文献 (22)一、绪论1.1前言用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。
机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程式、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。
在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。
机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、感测器技术和电脑技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。
工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。
他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程式、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显着的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。
尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。
在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视[3]。
机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。
机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。
随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程式控制实现重复操作，适用范围比较广的“程式控制通用机械手”，简称通用机械手。
由于通用机械手能很快的改变工作程式，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
1.2械手在生产中的应用机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。
机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。
在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。
各行各业的自动化水准越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。
可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。
据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。
从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。
目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。
二、原有机械手的介绍2.1功能1．肩部、手臂1、手臂2、手臂3实现联动。
2．自动模式运动。
3．自动模式回零。
4．自动演示模式抓取循环。
5．自动、手动可实现正反方向运动。
6．手爪抓取指示。
7．自动模式指示。
2.2组成本机械手在400mm半径范围内可以抓取物体，准确平稳的放置到指定位置，机械手共4个自由度，抓取负载0.5公斤。
按预定的程序轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工作或操纵工具。
机械手组成结构图如下：2.3技术指标抓取行程手臂1 在水平面内330º范围旋转手臂2 在150º范围旋转手臂3 在150º范围旋转手臂4 在150º范围旋转总行程半径150mm-460mm最大抓取重量2kg重复定位精度100次不大于30mm手臂最大运行15r/min速度输入电压交流电压200～220V，50Hz设备总重量17.6 kg三、机械手存在问题的分析及解决方案3.1存在现象1．各臂之间的正反运动有下坠感2．肩部不能正常运动3．手爪晃动幅度大3.2分析存在现象的原因对于可能产生各臂之间的正反运动有下坠感的分析：1．电机扭矩小。
2．机械部分过重。
3．各臂间的连接间隙过大。
4．齿轮啮合间隙过大。
5．齿轮磨损严重。
6．齿轮与轴的连接不牢靠。
7．齿轮轴与箱体的运动幅度过大。
8．步进电机有丢步。
9．输出电压不稳。
对于可能产生肩部不能正常运动的分析：1．手臂部分品质过重，电机扭矩不够。
2．心轴与肩部脱落。
3．传动齿轮损坏。
4．齿轮未损坏，但与心轴连接脱落。
5．控制电路问题。
6．步进电机损坏。
7．驱动器损坏。
8．PLC程式有问题。
对于可能产生手爪晃动幅度大的分析：1．各机械部分连接间隙过大。
2．运动关节连接设计不合理。
3．各部件品质过重。
3.3拆机验证问题的根本原因1．齿轮磨损小，齿轮之间的中心距设计不合理导致间隙过大。
2．齿轮连接轴的轴承点未能严格的按照国标公差设计或磨损严重。
3．齿轮与心轴的平键连接间隙过大，键条磨损严重。
4．手臂2和手臂3品质过重。
5．变速箱和支撑件连接不牢靠。
6．肩部心轴与工作台的连接套轴承点磨损严重。
7．肩部心轴与齿轮连接脱落。
8．手爪关节部位连接方式设计不合理导致磨损严重。
3.4解决方案1．手臂2和手臂3的一体化设计在保证良好的刚性范围内尽可能的减小重量，应用原有的齿轮合理的减小各齿轮的中心距（0.1mm一0.2mm）。
2．加工各心轴，使心轴与轴承过盈配合，使用统一的滚珠轴承（型号685，外径Ф11，内径Ф5，厚度3mm）。
3．提高肩部心轴与工作台的连接套精度，使得轴承外套与套内径产生良好的过盈配合。
4．仿照现有的手爪工作原理，重新规定手爪的抓取范围，计算出各机械连杆的长度，各关节部位采取轴承转动方式。
四、改进方法和计算过程4.1消除齿轮转动间隙的方法4.1.1游丝控制齿轮啮合间隙装置由限位销1和限位器2控制主动轮6在小范围内回转，并驱动从动轮5。
轮5上装有游丝3，游丝的一端固定在轮5轴上，另一端固定在机架4上。
利用游丝的弹簧力使两啮合齿轮的齿廓始终单侧接触，克服啮合间隙的影响，减少齿廓的冲击和振动。
4.1.2多层叠合齿轮装置小齿轮1为普通金属齿轮，大齿轮2是由三层尺寸相同的齿轮铆接的组合齿轮，上下两层是磷青铜齿轮，中间装一层薄尼龙齿轮，虽然按同一尺寸加工，但在铆接后中间尼龙层略微挤出比铜轮稍大些，借以补偿误差消除间隙。
4.1.3拉簧控制齿轮齿条间隙消除装置主动齿轮1以摆转驱动从动齿条2作往复移动。
为消除啮合间隙的影响，在2的右端装有拉伸（或压缩）弹簧，使啮合齿廊在运动中始终一侧接触，从而降低啮合间隙的影响。
4.1.4张力弹簧拼合齿轮装置拼合齿轮由两个齿轮1、4组合而成，其中齿轮1固联在公用的轮毂5上，且比较宽。
齿轮1、4上各开有二个对应直槽，在直槽内分别装有压缩（或拉伸）弹簧2、3，使两齿轮稍微错开一定的角度。
拼合齿轮在啮合安装时必须克服弹簧力，轮齿方可进入正常啮合位置，在啮合传动中弹簧力仍有使1、4恢复错开的趋势，因此降低齿轮传动中啮合间隙的影响。
4.1.5卡簧拼合齿轮装置拼合齿轮由齿轮3、5组合而成，齿轮3空套在轮毂1上，3上车制有卡簧沟槽2和销孔，卡簧4装在沟槽内一端插入3上的小孔内，卡簧的另一端插入齿轮5上的小孔内，齿轮5与轮毂1固联。
所组成的拼合齿轮在传动中由于卡簧的弹簧力作用，可消除啮合间隙。
该齿轮结构简单，但因卡簧的加载作用使啮合齿面载荷增加对齿轮的疲劳寿命有一定影响。
4.1.6磁性齿轮装置磁性齿轮传动装置应用在小扭矩的齿轮机构中。
图中的齿轮磁化后轴孔为S 极、轮齿为N极，显然轮齿侧面都具有相同的磁性，在啮合传动中利用轮齿间的斥力降低啮合间隙的影响，减少轮齿间的冲击与噪音。
4.1.7直齿的调整方法首先，要注意的是：利用轴间距来消除齿轮间隙的方法并非等同于变位齿轮的原理，因为变位齿轮运行，其啮合点仍然是在分度圆上，而改变轴间距的做法，齿轮的啮合就偏离了分度圆，但是，这样的方法也在工程中多有运用，却是因为其该变量不是很大，不至于造成很大的影响，下面提供两种调整轴间距的方法：1) 偏心套——用偏心套的方法来消除齿轮间隙。
2) 平移轴承座——也就是用可以平行移动的轴承座来让两轴的间距发生变化。
以上两种方式均不限定运用场合。
用改变轴间距的方法来消除齿轮间隙的方法不是很好，因为：① 调整轴间距后，齿轮的啮合不在理想的分度圆上，则压力角发生了改变，传力数据就发生了改变。