多自由度機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì)

摘   要
文中設(shè)計(jì)了一種六自由度機(jī)械手。該機(jī)械手主要由底座，腰部，主板，大手臂，小手臂，手腕，夾爪組成，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，單片機(jī)控制。手臂的尺寸與人手臂的大小相當(dāng)。手臂的運(yùn)動主要包括：腰部轉(zhuǎn)動，大手臂擺動，小手臂擺動，手腕擺動，手腕轉(zhuǎn)動，夾爪夾取。 此手臂的空間活動半徑0.5m，定位精度為5mm.它能夠抓取重量較輕的物體，并放到預(yù)定位置。該機(jī)械手有過載保護(hù)以及斷電空間位置的自鎖功能.可以用于教學(xué)演示，或者在有放射性的環(huán)境中完成特定工作。文中對機(jī)械手進(jìn)行了正運(yùn)動學(xué)分析, 采用齊次坐標(biāo)變換法得到了機(jī)械手末端位置和姿態(tài)隨關(guān)節(jié)夾角之間的變換關(guān)系,并完成了總體機(jī)械結(jié)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)選型、蝸輪蝸桿及帶傳動比的確定以及部分重要零件的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手  六自由度  步進(jìn)電機(jī)  同步帶 。

Abstract
 A kind of manipulator of six degrees of freedom has been designed in this paper. This manipulator is made up of the foundation, the waist, the big arm, the small arm, the wrist, and the claw; the manipulator is driven by stepper motor, and controlled by single chip. The size of the manipulator is equal in the size to the arms of people. Locomotion of the manipulator includes: waist turning, big arm swung, small arm swung, wrist swung, wrist rotating, claw fetching. The radius of action is 0.5m, and the accuracy is 5 mm. It can pick the light-weight object, and put it to the recalculated position. The manipulator has overload protection function, and space position self-lock function. This arm can be used in teaching, or in radioactive environments. In this paper, robot kinematic analysis is carried out using homogeneous coordinate transformation method was the end manipulator joint position and attitude with the changing relationship between the angle and stepper motor designing, physical construction designing had been completed.

Keywords: manipulator, six degrees of freedom, stepper motor, locking band.

目錄
目錄……………………………………………………………………………………4
1 緒論…………………………………………………………………………………6
  1.1 國內(nèi)機(jī)械手研狀………………………………………………………………6
1.2 機(jī)械手的構(gòu)成…………………………………………………………………7
1.3 機(jī)械手的發(fā)展趨勢 …………………………………………………………9
1.4 本設(shè)計(jì)課題的背景和意義 …………………………………………………9
2 機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì) …………………………………………………………10
2.1 機(jī)械手基本形式的選擇 ……………………………………………………10
  2.2 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動 …………………………………………………11
  2.3 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 ……………………………………………………………12
  2.4 傳動機(jī)構(gòu)的選擇 ……………………………………………………………12
3 機(jī)械手的數(shù)學(xué)建模 ………………………………………………………………12
  3.1 機(jī)器人數(shù)學(xué)基礎(chǔ) ……………………………………………………………12
3.2 機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)方程 ………………………………………………………13
4 機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………………………15
4.1 手部設(shè)計(jì)基本要求 …………………………………………………………15
4.2 典型的手部結(jié)構(gòu) ……………………………………………………………16
4.3 機(jī)械手手指的設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………………………16
4.3.1 選擇手抓的類型和加緊機(jī)構(gòu) …………………………………………16
    4.3.2手抓加緊力與驅(qū)動力的力學(xué)分析  ……………………………………16
4.4 驅(qū)動電機(jī)的選擇 ……………………………………………………………17
    4.4.1 手指張合電機(jī)的選擇 …………………………………………………17
4.4.2 手腕電機(jī)的選擇 ………………………………………………………19
4.4.3 大手臂擺動電機(jī)的選擇 ………………………………………………19
    4.4.4 小手臂擺動電機(jī)的選擇 ………………………………………………20
    4.4.5 手腕擺動電機(jī)的選擇 …………………………………………………20
4.4.6 底座轉(zhuǎn)動電機(jī)的選擇 …………………………………………………21
4.5 渦輪蝸桿、帶輪的選擇及傳動比的確定 …………………………………21
    4.5.1 底座電機(jī)處渦輪蝸桿的傳動的確定 …………………………………21
    4.5.2 大手臂電機(jī)處渦輪蝸桿及帶傳動的確定 ……………………………22
    4.5.3 小手臂電機(jī)處渦輪蝸桿及帶傳動的確定 ……………………………23
    4.5.4 手腕擺動電機(jī)處渦輪蝸桿及帶傳動的確定 …………………………24
4.6 小手臂擺動處軸的校核 ……………………………………………………25   
5 總結(jié)與展望 ………………………………………………………………………29
謝辭 …………………………………………………………………………………30
[參考文獻(xiàn)] …………………………………………………………………………31
附錄一 科技文獻(xiàn)翻譯………………………………………………………………32
附錄二 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書與開題報告………………………………………………46