平面关节型机械手结构设计
平面机械手的建模与优化设计
平面机械手的建模与优化设计随着工业的不断发展和进步，人们对于机械自动化技术的需求也越来越高。
平面机械手作为一种高效的自动化机械，广泛应用于各个领域，如物流、生产线、汽车制造等。
平面机械手的建模和优化，对于提高机械手的灵活性、稳定性和效率至关重要。
本文将主要探讨平面机械手的建模与优化设计。
一、平面机械手的建模平面机械手的建模是指通过对机械手的运动学、动力学性质进行分析和计算，得出机械手在不同工作状态下的运动轨迹、速度和加速度。
平面机械手的建模可以使用数学模型和计算机仿真等方法实现。
1.1. 数学模型数学模型是通过对平面机械手的结构和运动规律进行分析，得出精确的数学公式，用于计算机操作和控制机械手的轨迹、速度、加速度和力学性质。
数学模型主要包括：几何学模型、运动学模型和动力学模型。
1.1.1 几何学模型几何学模型是根据机械手的基本结构和运动连接，通过几何关系推导出机械手的位置坐标和各个工具执行器的运动轨迹。
几何学模型通常使用欧拉角和轴角等方法进行计算。
1.1.2 运动学模型运动学模型是通过对机械手的位置和方向进行分析，得出机械手的运动轨迹、速度和加速度。
运动学模型通常使用逆向运动学和正向运动学等方法进行计算。
1.1.3 动力学模型动力学模型是通过对机械手受力和力矩的计算，得出机械手的运动学性质和输入输出关系。
动力学模型通常使用拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程等方法进行计算。
1.2 计算机仿真计算机仿真是通过对平面机械手进行虚拟建模和实验，模拟机械手在不同工作状态下的运动轨迹、速度和加速度。
计算机仿真可以帮助优化机械手的设计，提高效率和精度。
二、平面机械手的优化设计平面机械手的优化设计是指通过对机械手的结构、工具和控制系统等进行改进，提高机械手的灵活性、稳定性和效率。
平面机械手的优化设计可以使用多目标优化和仿生优化等方法实现。
2.1 多目标优化多目标优化是通过对机械手的多个目标进行分析和权衡，寻找机械手的最优设计方案。
机械手的手腕结构与手臂结构设CAD图
关节连接方式： 采用串联或并 联方式，影响 手臂的刚度和
精度
关节驱动方式： 电机、气动、 液压等，影响 手臂的动力性
能和稳定性
关节控制方式： 采用PID控制、 模糊控制等算 法，实现手臂 的精确运动和
定位
手臂负载能力
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手臂负载能力：机械手臂结构CAD图展示了手臂的负载能力，包括最大负载 和最小负载。
确定绘图比例与单位
根据实际需求选择合适的比例 尺
确保单位统一，避免出现误差
根据机械手的大小和细节程度 调整比例尺
注意图纸的可读性和清晰度， 避免过于拥挤或空白
精确绘制几何图形
使用合适的绘图单位和比例，确保图纸的精度和一致性 掌握CAD绘图软件的基本操作和常用命令，如线条、圆弧、修剪等 注意图层管理，合理使用不同的图层来组织不同类型的几何图形 掌握几何约束和尺寸约束的使用，确保绘制的几何图形准确无误
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负载能力影响因素：机械手臂结构CAD图还展示了影响手臂负载能力的因素， 如臂长、关节角度和转动半径等。
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负载能力计算方法：机械手臂结构CAD图提供了负载能力的计算方法，包括 静态负载和动态负载的计算。
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负载能力与工作范围的关系：机械手臂结构CAD图还探讨了负载能力与工作 范围的关系，以及如何根据实际需求选择合适的负载能力。
注意图层管理及标注设置
分层管理：将不同元素放在不 同图层上，方便编辑和修改
标注设置：合理设置标注样式， 确保清晰易读
字体选择：避免使用不规范字 体，确保跨平台兼容性
线条粗细：保持线条粗细一致， 提高图纸美观度
感谢您的观看
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手臂运动范围
平面关节机器人研制及其轨迹规划
2、圆弧插补
2、圆弧插补
圆弧插补则是通过连接多个圆弧段来生成机器人的运动轨迹。圆弧插补能够 实现更高精度的轨迹规划，并且可以轻松躲避障碍物。但是，圆弧插补的计算量 较大，需要更多的计算资源。 3.复杂曲线插补
2、圆弧插补
复杂曲线插补是通过连接多个复杂曲线段来生成机器人的运动轨迹。复杂曲 线插补具有极高的轨迹精度，能够适应各种复杂的环境和任务。但是，复杂曲线 插补的计算量和难度都较大，需要具有较高的编程技巧和算法能力。
制作原理
1、依据设计要求，准备材料和工具，包括铝合金、不锈钢、塑料等材料，以 及钻床、车床、铣床等工具。
制作原理
2、按照设计图纸，进行关节结构和机械臂的制作，包括切割、钻孔、铣削等 工艺。
3、安装关节驱动，包括电机、 编码器、控制器等。
4、调试机器人的运动轨迹和性 能，并进行优化。
实现方法
平面关节机器人研制及其轨迹 规划
01 引言
03 设计思路
目录
02
平面关节机器人的研 制
04 制作原理
05 实现方法
07 实例分析
目录
06 轨迹规划 08 结论
引言
引言
平面关节机器人是一种常见的机器人类型，其具有结构简单、易于控制和广 泛应用等优点。平面关节机器人通常由一系列连杆和关节组成，可以在一个平面 上进行运动。在工业、医疗、服务等领域，平面关节机器人都有广泛的应用前景。 本次演示将详细介绍平面关节机器人的研制过程及其轨迹规划方法。
轨迹规划
轨迹规划
轨迹规划是实现平面关节机器人高效运动的关键，本次演示介绍以下三种轨 迹规划方法：
1、直线插补
1、直线插补
直线插补是一种常见的轨迹规划方法，其通过连接起点和终点之间的直线段， 来生成机器人运动的轨迹。直线插补具有计算简单、控制方便等优点。但是，当 需要躲避障碍物或者需要更高精度的轨迹时，直线插补就难以满足要求了。
设计要求
设计要求一、通过设计平面关节型机械手，培养综合运用所学知识，分析问题和解决问题的能力。
有关资料：上下料搬运机械手，3个自由度，平面关节型；需要搬运的工件：环类零件，内孔直径50mm；高150mm,厚10mm,（只能从内孔夹持工件），材料40钢，将工件从一条输送线搬运到与之平行的另一条输送线上，（两输送线距离为2.5m,高度差0.4m）。
要求：设计方案和计算正确，叙述清楚，图纸符合规范。
翻译一篇有关外文资料。
二、图纸：1.机械手机构简图2.工作空间投影图3.机械手传动原理图4.机械手装配图5.零件图三、实习：1.本校机械实验室组装各类机械手模型。
2.学习工业机械人设计方面知识。
四、参考书：1. 《工业机器人设计》周伯英机械工业出版社 19952. 《机器人机械设计》龚振帮电子工业出版社 19953. 《机构设计》（日）藤森洋三机械工业出版社 19904. 《机械手图册》（日）加藤一郎上海科技出版社 19895. 《机械设计图册》（5）成大先化学工业出版社 1999五、进度：3月24日到4月25日实习，拟订设计方案4月264日到5月3日机械手传动原理图5月4日到5月17日机械手装配图5月18日到5月24日零件图5月25日到6月1日写说明书平面关节型机械手设计[摘要]平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状。
关键词:机械手轴承汽缸[Abstract]Selective Co two slew joints decide the big and small and figure of the vertical section .Key words:manipulator axletree cylinder第1章机械手总体设计工业机械手是一种模仿人手部分动作，按照预先设定的程序，轨迹或其他要求，实现质量小非常小的转动惯量非常优秀的控制性能高的功率密度和大的传扭能力因此湿式离合器可很好的适用于那些安装空间小并需传递大传递大转矩的车辆。
机械手臂的结构设计
根据结构、功能和应用领域不同，机械手臂可分为工业机器人手臂、服务机器 人手臂、医疗机器人手臂和特种机器人手臂等。
机械手臂应用领域
01
02
03
04
工业制造
机械手臂广泛应用于工业制造 领域，如汽车制造、电子产品
组装、焊接、搬运等。
医疗卫生
机械手臂在医疗卫生领域也有 广泛应用，如手术机器人、康 复机器人、护理机器人等。
设计方法
采用模块化设计思想，将机械手臂分成多个功能模块进行设 计，便于维护和升级；运用现代设计方法，如拓扑优化、有 限元分析等，对关键零部件进行优化设计，提高机械手臂的 性能和寿命。
02
机械手臂概述
机械手臂定义与分类
定义
机械手臂是一种能够模拟人类手臂运动的机械设备，通常由多个关节和执行器 组成，用于执行各种工业、医疗和军事等任务。
SolidWorks Simulation
基于SolidWorks平台的有限元分 析插件，易于上手，适用于中小 型复杂结构分析。
03
ABAQUS
擅长处理非线性问题和复杂接触 问题，广泛应用于机械、土木、 汽车等领域。
仿真结果展示与讨论
应力分布
展示机械手臂在工作过程中的应力分布情况，确保结构安全可靠 。
防护性能不足
可增加防护装置和安全检测功能，提高机械手臂的安全性 能。
未来发展趋势预测
智能化
随着人工智能技术的发展，机械手臂将具备更高的自主决策和协作 能力。
柔性化
为适应多品种、小批量生产需求，机械手臂将具备更高的柔性和可 重构性。
绿色环保
在制造过程中，将更加注重节能减排和环保要求，推动绿色制造技术 的发展。
带传动
适用于中小功率传动，传 动平稳，噪声小，但需要 张紧装置。
机械手结构的总体方案设计
摘要随着机器人在各个领域应用的日益广泛，许多场合要求机器人具有力控制的能力。
此次设计是针对回转壳体内自动粘贴胶片的任务，设计一个3—DOF平面关节型机械手（包括1个移动关节，2个转动关节和末端执行机构），配合壳体驱动系统来实现此任务。
在机械手工作过程中，通过伺服电机带动丝杠转动，从而来完成机械手水平方向的移动，旋转关节1通过链传动来完成平面内的旋转动作，旋转关节2直接在伺服电机的驱动下完成平面内的旋转动作，这样机械手可以伸入口径较小的回转壳体内完成粘贴胶片的任务。
本次设计工作首先对机械手进行了运动学分析（包括运动学方程的建立，运动学方程的正问题、逆问题及其解）。
设计内容包括机械手的移动关节、旋转关节的结构设计，传动部分的设计等。
其中，重点是对伺服进给系统的设计（包括工作台的设计，丝杠的设计，直线导轨、伺服电机和减速器的选取等）。
最后对系统中主要部件的刚度、强度等性能参数进行了计算与校核。
关键词：机械手；自由度；运动学分析；伺服电机；直角减速器AbstractWith the increasing application of robot in various industrial fields, it is requested that robot has the ability to control power. According to the contact task of rotary hull, a 3-DOF robot manipulator is designed in order to accomplish sticking of the colloid. The robot manipulator consists of a transfer joint and two revolute joints and robot end-effector. The robot manipulator could realize the contacting task combining with the driving system of rotary hull. The concrete processing comprising of driving screw transmission with the servo motor. In this way, robot manipulator could complete movement in horizontal direction, the revolute joint could be able to accomplish revolute motion of two dimension-space through a chain driving, the revolute joint of end-effector completes directly revolute motion with the servo motor.Firstly, this design has been carried on the kinematics’ analysis in order to the manipulator, which consists of including the establishment of kinematics equation, the positive solutions of the kinematics equation, the corresponding inverse solutions. Secondly, the transfer joint, revolute joint and the transmission part are designed. The important part is the design of servo feeding system, which consists of the design of the platform and the screw, the selection of linear guide way, servo motor and reducer, etc. Finally, the corresponding calculations are done considering the system's main guide line such as components stiffness, strength and other performance parameters.Keywords: Robot manipulator；Freedom；Kinematics analysis；Servo motor；Right-angle reducer目录1 引言 (1)1.1课题背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3工业机械手的用途 (3)2 机械手结构的总体方案设计 (4)2.1课题的主要内容 (4)2.2课题的研究方案 (4)2.3机械手结构的总体设计 (4)2.3.1 主要技术指标设计 (4)2.3.2 机械手的结构设计 (4)3 机械手运动学分析 (5)3.1机械手运动学方程的建立 (5)3.2运动学方程的正解 (6)3.3运动学方程的逆解 (7)4 传动装置的设计 (9)4.1伺服电机及减速器的选择 (9)4.1.1 机电领域中伺服电机的选择原则 (9)4.1.2 旋转关节驱动电机及减速器的选择 (9)4.2链轮的设计及链条的选择 (10)4.2.1 滚子链传动的设计 (10)4.2.2 链轮的设计 (12)4.2.3 滚子链的静强度计算 (13)4.2.4 链传动的张紧 (13)4.2.5 链传动的润滑 (14)5 轴的设计与验算 (15)5.1轴的结构设计 (15)5.1.1 选择轴的材料 (15)5.1.2 初步估计轴径 (16)5.2轴的校核 (16)6 轴上零件的选择与计算 (22)6.1键的选择与键联接强度校核 (22)6.1.1 大臂末端电机轴上键的选择与校核 (22)6.1.2 轴上矩形花键的选择与校核 (23)6.1.3 小臂电机轴上键的选择与校核 (23)6.2滚动轴承的验算 (23)6.2.1 确定轴承的承载能力 (24)6.2.2 计算当量动载荷 (24)6.2.3 校核轴承寿命 (25)7 伺服进给系统的设计与计算 (26)7.1滚珠丝杠的设计 (26)7.1.1 材料的选择 (26)7.1.2 耐磨性计算 (26)7.1.3 螺杆的强度计算 (27)7.1.4 螺杆的稳定性计算 (27)7.2丝杠副的选择计算 (28)7.2.1 螺母的疲劳寿命计算 (29)7.2.2 螺母螺纹牙的强度计算 (29)7.2.3 螺母凸缘的强度计算 (30)7.3丝杠驱动电机的选择 (31)7.4机械导轨的选择 (32)7.5联轴器的选择与计算 (33)7.5.1 选择联轴器的类型 (33)7.5.2 联轴器的主要参数 (33)7.5.3 联轴器的计算扭矩 (33)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录A (38)附录B (44)1 引言1.1 课题背景和意义机器人技术，应该说是一个伴随着科学技术的进步而发展起来的一项综合性的成果。
平面关节型机械手
平面关节型机械手江苏城市职业技术学院毕业论文课题名称平面关节型机械手姓名王如鹏学号0733010221专业机电一体化班级07职机电（2）指导老师朱云开2011年12 月目录引言----------------------------------------------------------- 3 摘要----------------------------------------------------------- 6 第一章机械手总体设计-----------------------------------------71.1 主要技术参数-------------------------------------------- 71.2 结构特点图---------------------------------------------- 8第二章手指设计 ---------------------------------------------- 92.1 设计是要注意的问题-------------------------------------- 92.2 零件的计算---------------------------------------------- 102.3 手指抓紧力的计算---------------------------------------- 10第三章移动关节的设计计算----------------------------------- 12 3.1 驱动方式的比较 ----------------------------------------- 12 3.2 汽缸的设计---------------------------------------------- 12第四章小臂的设计------------------------------------------- 14 4.1设计时注意的问题---------------------------------------- 14 4.2 小臂结构的设计------------------------------------------ 15 4.3 轴的设计计算 ------------------------------------------- 16 4.4 轴承的选择 --------------------------------------------- 17 4.5 轴承摩擦力矩的计算 ------------------------------------- 18 4.6 驱动选择 ----------------------------------------------- 18第五章大臂的设计计算---------------------------------------- 195.1 大臂结构的设计------------------------------------------ 19 5.2 轴的设计计算 ------------------------------------------- 20 5.3 轴承的选择 --------------------------------------------- 21 5.4 轴承摩擦力矩的计算 ------------------------------------- 22 5.5 伺服系统的选择 ----------------------------------------- 22第六章机身的设计 ------------------------------------------ 23 6.1 设计时注意的问题---------------------------------------- 236.2 三个自由度 -------------------------------------------- 24毕业设计总结--------------------------------------------------- 25 参考文献------------------------------------------------------- 26引言平面关节型机械手是应用最广泛的机械手类型之一，既可以用于实际生产，又可以用于教学实验和科学研究。
机械手的机械结构设计与精度分析
机械手的机械结构设计与精度分析一、引言机械手作为一个复杂的机电一体化系统，在现代工业中扮演着重要的角色。
它能够完成复杂的操作，如抓取、搬运、组装等，广泛应用于生产线自动化以及其他领域。
机械手的机械结构设计以及精度分析对其工作性能有着直接的影响。
本文将深入探讨机械手的机械结构设计与精度分析。
二、机械手的机械结构设计1. 关节结构设计机械手的关节结构设计是机械手设计中最关键的部分之一。
关节的设计需要兼顾结构的刚性和运动的灵活性。
常见的关节结构包括球面关节、回转关节和滑动关节等。
在设计中，需考虑关节的承载能力、运动范围和摩擦等因素，以保证关节的可靠性和稳定性。
2. 运动链设计运动链是机械手的运动组织结构，决定了机械手的工作空间和自由度。
运动链的设计需要满足机械手工作的要求，如抓取物体的大小和形状、工作速度等。
常见的运动链结构有串联结构、并联结构和混合结构等。
在设计中，需平衡机械结构的复杂性和运动灵活性，以提高机械手的工作效率和稳定性。
3. 结构材料选择机械手的结构材料选择直接关系到机械手的刚性和重量。
常见的结构材料有钢、铝合金和碳纤维等。
在选择材料时，需根据机械手的工作环境和负载要求进行综合考虑。
高刚性和低重量的材料能够提高机械手的工作精度和速度，同时也增加了机械手的成本。
三、机械手的精度分析1. 误差来源分析机械手的精度主要受到结构误差、运动误差和传感器误差等因素的影响。
结构误差包括制造和装配误差，运动误差包括机械间隙和传动误差等。
传感器误差包括测量误差和漂移误差等。
2. 精度评估方法机械手的精度评估方法通常包括静态精度和动态精度。
静态精度是指机械手在静止状态下达到的精度，可以通过点位误差和重复定位误差等指标进行评估。
动态精度是指机械手在运动状态下达到的精度，可以通过轨迹精度和速度误差等指标进行评估。
3. 精度优化方法为提高机械手的精度，可以采取一系列的优化方法。
例如，通过加强关节的刚性和减小结构误差来提高静态精度；通过控制机械间隙和传动系统的精度来提高动态精度；通过使用高精度传感器和改进控制算法来减小传感器误差等。
机械手臂关节结构设计
机械手臂关节结构设计机械手臂是一种模拟人手功能的机械装置，广泛应用于工业自动化、医疗、服务机器人等领域。
机械手臂的关节结构是实现其灵活运动的关键。
机械手臂的关节结构主要包括旋转关节和直线关节两种形式。
旋转关节一般是通过电机带动旋转轴实现关节的运动，而直线关节则是通过电机带动导轨或滑块来实现。
下面将分别对这两种关节结构的设计进行详细讨论。
首先是旋转关节的设计。
旋转关节一般包括电机、减速机、传动装置和关节结构四部分。
电机是提供动力的部件，通过减速机和传动装置将电机的高速转动转换成关节所需的低速高扭矩的转动。
关节结构负责将传动装置所提供的转动传递给机械手臂的臂段，同时承受机械手臂的负载。
在设计旋转关节时，需要考虑关节结构的刚度、承载能力和摩擦损失等因素。
此外，还要合理选择电机的类型、减速比和传动装置的形式，以满足机械手臂的运动需求。
其次是直线关节的设计。
直线关节一般包括电机、滑块或导轨及传动装置三部分。
电机通过传动装置带动滑块或导轨在一条直线上进行移动。
直线关节的设计重点在于滑块或导轨的结构和材料选择，以及传动装置的密封性和平稳性。
滑块或导轨应具备较高的刚度和承载能力，同时要尽量减小摩擦和噪音。
在选择传动装置时，应考虑其传动效率和寿命，以及其与滑块或导轨的匹配性。
在机械手臂的关节结构设计中，还需要考虑以下几个方面：1.安全性：机械手臂在工作时可能承受较大的负载和冲击，因此关节结构应具备较高的强度和稳定性，以确保机械手臂的安全运行。
2.精度：机械手臂在工作时需要达到一定的精度要求，关节结构应具备较小的误差和较高的运动精度，以保证机械手臂的定位准确性。
3.灵活性：机械手臂需要具备多样化的运动能力，因此关节结构应具备较大的运动范围和灵活性，以适应不同的工作场景和任务需求。
4.可靠性：机械手臂需要长时间稳定运行，关节结构应具备较高的可靠性和耐久性，以减少维修和更换部件的频率。
综上所述，机械手臂的关节结构设计涉及到多个方面的考虑，包括旋转关节和直线关节的设计、电机和传动装置的选择、结构强度和精度要求等。
多关节机械手机械结构设计 毕业设计
多关节机械手机械结构设计摘要自从机器人在二十世纪五十年代诞生以来，它经历了第一代工业机器人的研究、实用化、普及，第二代感知功能机器人的研究、实用化，以及第三代智能机器人的研究等各个阶段。
在六自由度机器人群体中，关节型机器人以工作范围大、动作灵活、结构紧凑、能抓取靠近机座的物体等特点备受设计者和使用者的青睐。
本次设计针对多关节机械手结构进行设计。
各个关节处采用独立的电机驱动。
设计完成的机械手包括腰回转、大小臂转动、手臂回转、手腕摆动和手腕回转六个关节。
它们具备以下功能：（1）实现末端的空间位置确定；（2）实现末端的方位变化。
本文对多关节机械手的多种结构方案进行比较，确定了最佳的结构方案；对各关节的传动和电机的选择进行了设计计算，并对齿轮进行校核计算。
关键词：多关节型机械手；结构设计；工业机械手The articulated manipulator structural designAbstractSince the robot birthed in the 1950s, it has experienced three stages as following: the first gener ation industry robot’s research, practical application and popularization, the second generation sensational function robot’s research and practical application, as well as the third generation intelligence robot’s research. In thegroup of six degrees of freedom robots, the articulated robot is cared by designer and user for its broad work range, flexible movement,compact structure, catching the object near the machine plinth.the structure of the articulated manipulator was designed,which has six degrees of freedom. Each joint is drived by the independent electric motor. The manipulator designed includs waist rotary joint, big arm rotary joint, small arm rotary joint, the arm rotation, skill swinging and the skill rotary joint. They have function as following: (1 realize terminal space position determination; (2 realize terminal change of location.The best plan is selected through compareing with many kinds of structure plan of the articulated manipulator in this article,The design and calculation is did in the selectiong of various joints transmission and the electrical motor, and the gear is checked.Key words: articulated manipulator ,Structural design,Industrial manipulator目录摘要Abstract1 绪论11.1引言11.2 机器人的现状发展趋势12 机器人的工作要求 33 机器人结构方案和驱动方案的对比分析及选用 43.1 腰部回转关节 43.2 大臂和小臂转动关节 43.3 腕部活动关节 53.4 机器人驱动方案的对比分析及选择 54 机器人结构设计 64.1 腕部回转关节设计 74.1.1 步进电机的选择 74.1.2 第一圆柱齿轮传动设计 74.1.3换向锥齿轮传动设计 114.1.4 第四级圆柱齿轮传动设计 11 4.1.5 轴的计算 114.2 腕部摆动关节设计 124.2.1 步进电机的选择 124.2.2 圆柱齿轮传动设计 124.2.3 直齿锥齿轮传动设计 164.3 手臂回转关节设计 194.3.1 步进电机的选择 194.3.2 圆柱齿轮传动设计 204.4 小臂转动关节设计 204.5 大臂转动关节设计 214.6 腰部回转关节设计 224.7 机器人总体效果图 225 结论 24参考文献附录致谢多关节机械手机械结构设计1 绪论1.1 引言我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。
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平面关节型机械手结构设计 1 平面关节型机械手结构设计
摘要 机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功
能的自动化装置，目前平面关节型机械手被广泛应用于工业领域中。平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动。文章中介绍了平面关节型机械手的设计理论与方法，在力学计算的基础上进行结构分析，详尽的讨论了平面关节型机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。 关键词： 机械手 平面关节型 结构设计 平面关节型机械手结构设计
2 Plane joint type manipulator structure design
Abstract Manipulator is a sort of automation device which has the function of grasp and transfer workpieces during the automated production. Today hydraulic manipulator is widely used in industry field. Planar articulated robot with two rotary joints and a prismatic joint; two rotary joints around, movement control, and move up and down movement joint is achieved.This article system elaboration industry manipulator's design theory and method. Mechanical calculations on the basis of the structural analysis.The comprehensive exhaustive discussion has Planar articulated manipulator's hand, the wrist, the arm ，the fuselage and so on ,which the major structural design computation. Key words: manipulator; Plane joint type; structural design 平面关节型机械手结构设计
3 目 录 1绪论 ................................................................ 8 1.1 机械手的组成.................................................. 1 1.1.1 执行机构................................................. 1 1.1.2 驱动机构................................................. 2 1.1.3 控制系统分类............................................. 2 1.2 机械手的分类 .................................................. 2 2 机械手总体设计...................................................... 4 1.1 主要技术参数 .................................................. 4 3 手部设计............................................................ 5 3.1 确定手部结构 .................................................. 6 3.2 手部受力分析 .................................................. 6 3.3 手部夹紧力的计算 .............................................. 7 3.4 手部夹紧缸的设计计算 .......................................... 8 3.4.1 夹紧缸主要尺寸的计算..................................... 8 3.4.2 缸体结构及验算........................................... 9 3.4.3 活塞杆的设计计算......................................... 9 4 移动关节的设计计算................................................. 11 4.1驱动方式的比较................................................ 11 4.2上下移动升降缸的设计.......................................... 12 5 小臂的设计......................................................... 14 5.1 设计时注意的问题 ............................................. 14 5.2 小臂结构的设计 ............................................... 13 5.3 轴的设计计算 ................................................. 15 5.4 轴承的选择 .................................... 错误!未定义书签。 5.5 轴承的校核 .................................... 错误!未定义书签。 5.6 伺服系统的选择 ................................ 错误!未定义书签。 5.6.1 机身回转电机............................................ 17 5.6.2 齿轮传动的计算......................................... 113 平面关节型机械手结构设计 4 6 大臂的设计计算..................................... 错误!未定义书签。 6.1 结构的设计 .................................... 错误!未定义书签。 6.2 轴的设计计算 .................................. 错误!未定义书签。 6.3 轴承的选择 ................................................... 20 6.4伺服系统的选择................................................ 21 7 机身的设计......................................................... 23 7.1 设计时注意的问题 ............................................. 23 7.2 设计的效果 ................................................... 27 8 机械手的定位与平稳性............................................... 24 8.1 常用的定位方式 ............................................... 24 8.2 影响平稳性和定位精度的因素 ...................................... 24 结论................................................................. 26 致谢词............................................................... 27 参考文献.............................................. 错误!未定义书签。 平面关节型机械手结构设计
5 1 绪论
机械手是一种模仿人手部分动作，按照预先设定的程序，轨迹或其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。它在二十世纪五十年代就已用于生产，是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置，开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化，随着应用范围的不段扩大，现在用来夹持工具和完成一定的作业。实践证明它可以代替人手的繁重劳动，减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率。 平面关节型机器人又称SCARA型装配机器人，是Selective Compliance Assembly Robot Arm的缩写，意思是具有选择柔顺性的装配机器人手臂。在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子工业零件的插接、装配中应用广泛。 1.1 机械手的组成 工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。 1.1.1 执行机构 （1）手部 既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。 传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。 （2） 腕部 是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。 目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳