机电一体化课程设计-三自由度机械手设计Word文件下载.doc

1、1.2 国内外发展现状1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42.2 机械手驱动系统的比较与选择6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154.1 夹持式手部结构154.1.1 手指的形状和分类154.1.2 设计时考虑的几个问题154.2 手部夹紧气缸的设计164.2.1 弹簧的设计计算164.2.2 对于压缩弹簧稳定性的验算174.2.3 疲劳强度和应力强度的验算。174.2.4 手部驱动

2、力计算184.2.5 气缸直径的设计计算194.2.6 缸筒壁厚的设计214.2.7 活塞杆运动行程的计算21第5章 各机械部件的设计选择与校核235.1 轴的设计与校核235.1.1 大臂旋转轴的设计235.1.2 大臂轴的强度校核245.2 键的选择与强度的校核275.3 轴承寿命的校核305.4 联轴器的选择与圆锥销的校核315.4.1 联轴器的选择.315.4.2 联轴器圆锥销的校核32第6章 控制系统设计336.1 单片机最小系统336.1.1 8051单片机介绍346.2.2 复位电路366.1.3 振荡电路366.2 串行接口电路376.3 传感器386.3.1 传感器的选型38

3、6.3.2 硬件电路的设计396.4 电动机的控制406.4.1 L298N电机驱动芯片简介406.4.2 硬件电路图41结 论42致 谢43参 考 文 献44CONTENTSAbstractIChapter 1 Introduction11.1 Significance of proposed topics11.2 Development of domestic and foreign1Chapter 2 Determination and comparative analysis of the program32.1 Comparison of robotic mechanical sys

4、tems and choice42.2 Robot drive system comparison and selection 6Chapter 3 The driving source of the selection and design calculations93.1 Main Technical Parameters 93.2 The selection and calculation of the joint motor 103.2.1 Choice of arm rotating motor113.2.2 Choice of arm rotating motor123.2.3 T

5、he choice of rotating electrical waist 13Chapter 4 Hand structure design154.1 The structure of the hand clamp154.1.1 The shape of the fingers and classification 154.1.2 Issues to consider when designing 154.2 The design of the hand clamp cylinder164.2.1 Design and calculation of the spring164.2.2 Ch

6、ecking for the stability of compression spring174.2.3 Fatigue strength and stress intensity of checking.174.2.4 Calculation of driving force of the hand184.2.5 The diameter of the cylinder design calculation194.2.6 Design of cylinder wall thickness 214.2.7 Calculation of grasping gripping range 21Ch

7、apter 5 Of the mechanical components of the design choices and Verification 235.1 Design and Verification of Shaft 235.1.1 Design of the axis of rotation of arm 235.1.2 Arm strength check of shafts245.2 The key to check the strength of selection 275.3 Check of bearing life305.4 Selection and cone co

8、upling pin check315.4.1 Coupling choice.315.4.2 Checking the coupling pin cone 32Chapter 6 Control System Design336.1 Minimum System microcontroller336.1.1 Introduction 8051 346.2.2 Reset Circuit 366.1.3 Oscillation Circuit366.2 Serial interface circuit 376.3 Sensor386.3.1 Sensor Selection386.3.2 Po

9、int detecting circuit396.4.1 L298N motor drive chip profile406.4.2 Hardware Circuit 41Conclusions 42Thanks43References 44第1章 绪论1.1 题目提出的意义本次设计的目的是为了解决本科教学中理论与实践操作融合性不强等问题，使学生在学习理论知识的基础上能得到较好的实际操作，通过不同程序的输入使学生真实的观察到机械手的运动轨迹与运动方式，进一步强化大学生学习与就业能力。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

10、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. 国外发展现状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

11、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、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。（

12、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2 国内发展状况目前，在国内广泛应用的再现式机械手，虽然一般也都有记忆装置，但其程序都是预先编好的，或由人在工作之

13、前领动一次，而后机械手可以按领动的工作内容正确进行再现动作。如果把这种再现式机械手称为第二代机械手的话，那么现在处于研制阶段的智能机械手就是第三代了。现在研究的机械手正在朝着一种可以存储大量的程序的并且可以改变并重新写入程序的方向发展，而且机械手具有比原来的更多的自由度3,4。虽然在这方面相对于发达国家还有点落后，但是国内现在也越来越感觉到机械手的重要性，国家大力支持相关的设计及产品的开发。在机器人的发展以及机械手的设计上也取得了一定的成果，国内每年都将举行机器人大赛，以增加研发单位的交流与合作5。现在国内具有越来越强的自主研发的单位，我相信在不久的将来，我国一定能够赶上并将且超越发达国家在机械手乃至整个机械方面处于领先地位6。 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