机械手结构的总体方案设计(有全套图纸）.doc

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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

Abstract

With the increasing application of robot in various industrial fields, it is requested that robot has thance parameters.

Keywords: Robot manipulator；Freedom；Kinematics analysis；Servo motor；Right-angle reducer
目 录
1 引言 3
1.1 课题背景和意义 3
1.2 国内外研究现状 错误！未定义书签。
1.3 工业机械手的用途 错误！未定义书签。
2 机械手结构的总体方案设计 错误！未定义书签。
2.1 课题的主要内容 错误！未定义书签。
2.2 课题的研究方案 错误！未定义书签。
2.3 机械手结构的总体设计 错误！未定义书签。
2.3.1 主要技术指标设计 错误！未定义书签。
2.3.2 机械手的结构设计 错误！未定义书签。
3 机械手运动学分析 错误！未定义书签。
3.1 机械手运动学方程的建立 错误！未定义书签。
3.2 运动学方程的正解 错误！未定义书签。
3.3 运动学方程的逆解 错误！未定义书签。
4 传动装置的设计 错误！未定义书签。
4.1 伺服电机及减速器的选择 错误！未定义书签。
4.1.1 机电领域中伺服电机的选择原则 错误！未定义书签。
4.1.2 旋转关节驱动电机及减速器的选择 错误！未定义书签。
4.2 链轮的设计及链条的选择 错误！未定义书签。
4.2.1 滚子链传动的设计 错误！未定义书签。
4.2.2 链轮的设计 错误！未定义书签。
4.2.3 滚子链的静强度计算 错误！未定义书签。
4.2.4 链传动的张紧 错误！未定义书签。
4.2.5 链传动的润滑 错误！未定义书签。
5 轴的设计与验算 错误！未定义书签。
5.1 轴的结构设计 错误！未定义书签。
5.1.1 选择轴的材料 错误！未定义书签。
5.1.2 初步估计轴径 错误！未定义书签。
5.2 轴的校核 错误！未定义书签。
6 轴上零件的选择与计算 错误！未定义书签。
6.1 键的选择与键联接强度校核 错误！未定义书签。
6.1.1 大臂末端电机轴上键的选择与校核 错误！未定义书签。
6.1.2 轴上矩形花键的选择与校核 错误！未定义书签。
6.1.3 小臂电机轴上键的选择与校核 错误！未定义书签。
6.2 滚动轴承的验算 错误！未定义书签。
6.2.1 确定轴承的承载能力 错误！未定义书签。
6.2.2 计算当量动载荷 错误！未定义书签。
6.2.3 校核轴承寿命 错误！未定义书签。
7 伺服进给系统的设计与计算 错误！未定义书签。
7.1 滚珠丝杠的设计 错误！未定义书签。
7.1.1 材料的选择 错误！未定义书签。
7.1.2 耐磨性计算 错误！未定义书签。
7.1.3 螺杆的强度计算 错误！未定义书签。
7.1.4 螺杆的稳定性计算 错误！未定义书签。
7.2 丝杠副的选择计算 错误！未定义书签。
7.2.1 螺母的疲劳寿命计算 错误！未定义书签。
7.2.2 螺母螺纹牙的强度计算 错误！未定义书签。
7.2.3 螺母凸缘的强度计算 错误！未定义书签。
7.3 丝杠驱动电机的选择 错误！未定义书签。
7.4 机械导轨的选择 错误！未定义书签。
7.5 联轴器的选择与计算 错误！未定义书签。
7.5.1 选择联轴器的类型 错误！未定义书签。
7.5.2 联轴器的主要参数 错误！未定义书签。
7.5.3 联轴器的计算扭矩 错误！未定义书签。
结论 3
致谢 3
参考文献 3
附录A 错误！未定义书签。
附录B 错误！未定义书签。

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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
图7.3 联轴器的三维视图
结论
本文是针对回转壳体内自动粘贴胶片的任务，设计的一个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）。由于回转壳体口径较小，设计时要重点考虑到机械手的运动范围和如何避免对壳体与胶片的磨损。具体设计内容包括：
1．对3—DOF平面机械手进行运动学分析，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。通过运动学的分析，确定了机器人末端执行器对于参考坐标系的位置和姿态。
2．对机械手的传动部分进行合理设计。其中链传动能够保证小臂的旋转能够达到精确的位置，此种传动方式可以使伺服驱动部分置于工作平台末端，使机械手能够伸入开口较小的回转壳体内，完成胶片的粘贴任务。
3．伺服进给系统的设计。包括工作台的设计，滚珠丝杠和丝杠副的设计，直线导轨、伺服电机和减速器的选取等。伺服电机与滚珠丝杠的伺服进给方式能够保证机械手较高的位置精度。
4．对设计的机构进行校核计算，使系统中的部件满足强度和刚度要求。

致谢
四年本科阶段的学习马上就要结束了，将近四个月的毕业设计使我能够把自己所学到的知识加以运用，并且从中学到了很多书本上学不到的东西，这对我今后的学习与工作有着很大的指导意义。
此次设计是在王磊老师的悉心指导下完成的。在资料的收集、运动学分析、机构的设计、图纸的绘制以及说明书的编写过程中，王老师的精心指导，严格要求，给予了我很大的帮助。他严谨的治学态度与求真的精神鼓舞着我，使我受益匪浅，在此特向王磊老师致以衷心的感谢。同时，感谢母校沈阳理工大学能够给予我这样一个难得的学习机会。
最后，感谢教过我的所有老师以及帮助过我的所有同学和朋友。

李翔
2007年6月26日

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