机械手结构的总体方案设计Word文档格式.docx

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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

Abstract

Withtheincreasingapplicationofrobotinvariousindustrialfields,itisrequestedthatrobothastheabilitytocontrolpower.Accordingtothecontacttaskofrotaryhull,a3-DOFrobotmanipulatorisdesignedinordertoaccomplishstickingofthecolloid.Therobotmanipulatorconsistsofatransferjointandtworevolutejointsandrobotend-effector.Therobotmanipulatorcouldrealizethecontactingtaskcombiningwiththedrivingsystemofrotaryhull.Theconcreteprocessingcomprisingofdrivingscrewtransmissionwiththeservomotor.Inthisway,robotmanipulatorcouldcompletemovementinhorizontaldirection,therevolutejointcouldbeabletoaccomplishrevolutemotionoftwodimension-spacethroughachaindriving,therevolutejointofend-effectorcompletesdirectlyrevolutemotionwiththeservomotor.

Firstly,thisdesignhasbeencarriedonthekinematics’analysisinordertothemanipulator,whichconsistsofincludingtheestablishmentofkinematicsequation,thepositivesolutionsofthekinematicsequation,thecorrespondinginversesolutions.Secondly,thetransferjoint,revolutejointandthetransmissionpartaredesigned.Theimportantpartisthedesignofservofeedingsystem,whichconsistsofthedesignoftheplatformandthescrew,theselectionoflinearguideway,servomotorandreducer,etc.Finally,thecorrespondingcalculationsaredoneconsideringthesystem'

smainguidelinesuchascomponentsstiffness,strengthandotherperformanceparameters.

Keywords:

Robotmanipulator；

Freedom；

Kinematicsanalysis；

Servomotor；

Right-anglereducer

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。

同时，也是对社会经济发展产生了重大影响的一门科学技术。

它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入。

比如说日本，战争以后开始发展汽车工业，那么这时候由于它人力的缺乏，迫切需要一种机器人来进行大批量的制造，提高生产效率降低人的劳动强度，这是社会发展本身的一个需求。

另一方面它也是生产力发展需求的必然结果，还是人类自身发展的必然结果。

随着人类社会的发展，人们在不断认识和改造自然的过程中，需要能够解放人的一种奴隶。

这种奴隶要能够代替人们去从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达到世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。

但另一方面，尽管人们有各种各样的好的想法，机器人技术仍归功于电子技术，计算机技术以及制造技术等相关技术的发展，需要其提供强大的技术保证。

随着社会的进步，不仅工业机器人技术在制造业领域得到了广泛的应用，同时，特种机器人的用途也越来越广泛，机器人每年收获的农作物达数十亿吨。

有的机器人可以上山伐木，有的可以挤牛奶，有的则可以擦玻璃、洗汽车和洗飞机。

机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代初问世以来，经历40余年的发展已取得长足的进步。

走向成熟的工业机器人及各种用途的特种机器人的应用，昭示着机器人技术灿烂的明天。

1.2国内外研究现状

在1947年产生了世界上第一台主从遥控的机器人，1947年以后是计算机电子技术发展比较迅速的时期，因此各国已经开始利用当时的一些现代的技术，进行了机器人研究。

在1962年美国研制成功PUMA通用示教再现型机器人，那么这就标志着机器人走向成熟，应该说第一台可用的机器人在1947年产生，而真正意义的机器人在1962年产生。

相继不久，在英国等国家，也相继研究出一些机器人，那么到了20世纪60年代末，日本人将它的国民经济的汽车工业与机器人进行结合，它购买了美国的专利，在日本进行了再次开发和生产机器人。

到20世纪70年代，日本已经将这种示教再现型的机器人进行了工业化，出现了很多公司，现在的像ABB，MOTOMAN，安川公司，还有很多机器人公司像OTC等公司。

它们都已经将机器人进行了工业化，进行了批量生产，而且成功的用于了汽车工业，使机器人正式走向应用。

在20世纪70年代到20世纪80年代初期，工业机器人变成产品以后，得到全世界的普遍应用以后，那么很多研究机构开始研究第二代具有感知功能的机器人，出现了瑞典的ABB公司，德国的KUKA机器人公司和日本的FUNAC公司。

它们都在工业机器人方面具有很大的作为，同时我们也看到机器人的应用在不断拓宽，它已经从工业上的一些应用，扩展到了服务行业，并且扩展了它的作业空间，已经在海洋空间和服务医疗等行业的进行使用。

我们国家在机器人的研究，是在20世纪70年代后期，当时我们在国家北京举办一个日本的工业自动化产品展览会，在这个会上有两个产品，一个是数控机床，一个是工业机器人，这个时候，我们国家的许多学者，看到了这样一个方向，开始进行了机器人的研究，但是这时候研究，基本上还局限于理论的探讨阶段，那么真正进行机器人研究的时候，是在七五、八五、九五、十五将近这二十年的发展。

发展最迅速的时候，是在1986年我们国家成立了863计划是高技术发展计划，就将机器人技术作为一个重要的发展的主题，国家投入将近几个亿的资金开始进行了机器人研究，使得我们国家在机器人这一领域得到很快地、迅速地发展。

目前主要单位像中科院沈阳自动化所，原机械部的北京自动化所，像哈尔滨工业大学，北京航空航天大学，清华大学，还包括中科院北京自动化所等等的一些单位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前这几年来看，我们国家在高校里边，有很多单位从事机器人研究，很多研究生和博士生都在从事机器人方面的研究，目前我们国家比较有代表性的研究，有工业机器人，水下机器人，空间机器人，核工业的机器人，都在国际上应该处于领先水平，总体上我们国家与发达国家相比，还存在很大的差距，主要表现在，我们国家在机器人的产业化方面，目前还没有固定的成熟的产品，但是在上述这些水下、空间、核工业，一些特殊机器人方面，我们取得了很多有特色的研究成就。

就目前来看，我们应从生产和应用的角度出发，结合我国国情，加快生产结构简单、成本低廉的实用型机器人和某些特种机器人。

1.3工业机械手的用途

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。

近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人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兴技术，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。

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大等特点，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，例如：

（1）机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

（2）在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。

（3）可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。

（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。

（5）宇宙及海洋的开发。

（6）军事工程及生物医学方面的研究和试验。

2机械手结构的总体方案设计

2.1课题的主要内容

本次课题的主要内容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），并且和壳体驱动系统配合起来实现自动粘贴胶片的的任务。

2.2课题的研究方案

针对胶片粘贴任务，可设计3—DOF平面关节型机械手。

机械手由移动关节，旋转关节1，旋转关节2和执行机构组成。

移动关节安装在直线导轨上，通过伺服电机带动丝杠的转动来完成机械手前后方向的移动。

旋转关节1的动作是通过链传动来完成的。

具体方法是，大臂末端安装伺服电机来带动链传动，通过链传动使旋转关节1完成平面内的旋转动作。

而旋转关节2则直接在伺服电机的驱动下完成平面内的旋转动作。

执行机构设计为可以绕轴转动的圆柱型内空结构，以便与壳体内部形状吻合并且大大减轻机构重量。

几个关节运动的有机结合可以实现机械手自动粘贴胶片的任务，并通过减速器使其达到理想的旋转速度。

2.3机械手结构的总体设计

2.3.1主要技术指标设计

此机械手针对回转壳体，实现在其内部的自动粘贴胶片工作。

回转壳体的有效长度为2m，内部直径为350mm，开口直径为300m。

胶片在粘贴到壳体前被剪裁成300mm×

300mm，然后由工作人员放到执行机构的胶片架上。

大臂水平方向的有效行程为1.5m。

2.3.2机械手的结构设计

大臂选用10mm厚的方钢，材质：

Q235A。

中臂，小臂，执行机构选用45钢。

具体结构如下图所示：

图2.1机械手大臂