多自由度機械手機械設計

摘   要
文中設計了一種六自由度機械手。該機械手主要由底座，腰部，主板，大手臂，小手臂，手腕，夾爪組成，采用步進電機驅動，單片機控制。手臂的尺寸與人手臂的大小相當。手臂的運動主要包括：腰部轉動，大手臂擺動，小手臂擺動，手腕擺動，手腕轉動，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，并放到預定位置。該機械手有過載保護以及斷電空間位置的自鎖功能.可以用于教學演示，或者在有放射性的環(huán)境中完成特定工作。文中對機械手進行了正運動學分析, 采用齊次坐標變換法得到了機械手末端位置和姿態(tài)隨關節(jié)夾角之間的變換關系,并完成了總體機械結計、步進電機選型、蝸輪蝸桿及帶傳動比的確定以及部分重要零件的設計。

關鍵詞：機械手  六自由度  步進電機  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 國內機械手研狀………………………………………………………………6
1.2 機械手的構成…………………………………………………………………7
1.3 機械手的發(fā)展趨勢 …………………………………………………………9
1.4 本設計課題的背景和意義 …………………………………………………9
2 機械手的總體方案設計 …………………………………………………………10
2.1 機械手基本形式的選擇 ……………………………………………………10
  2.2 機械手的主要部件及運動 …………………………………………………11
  2.3 驅動機構的選擇 ……………………………………………………………12
  2.4 傳動機構的選擇 ……………………………………………………………12
3 機械手的數學建模 ………………………………………………………………12
  3.1 機器人數學基礎 ……………………………………………………………12
3.2 機器人的運動學方程 ………………………………………………………13
4 機械手的整體設計計算 …………………………………………………………15
4.1 手部設計基本要求 …………………………………………………………15
4.2 典型的手部結構 ……………………………………………………………16
4.3 機械手手指的設計計算 ……………………………………………………16
4.3.1 選擇手抓的類型和加緊機構 …………………………………………16
    4.3.2手抓加緊力與驅動力的力學分析  ……………………………………16
4.4 驅動電機的選擇 ……………………………………………………………17
    4.4.1 手指張合電機的選擇 …………………………………………………17
4.4.2 手腕電機的選擇 ………………………………………………………19
4.4.3 大手臂擺動電機的選擇 ………………………………………………19
    4.4.4 小手臂擺動電機的選擇 ………………………………………………20
    4.4.5 手腕擺動電機的選擇 …………………………………………………20
4.4.6 底座轉動電機的選擇 …………………………………………………21
4.5 渦輪蝸桿、帶輪的選擇及傳動比的確定 …………………………………21
    4.5.1 底座電機處渦輪蝸桿的傳動的確定 …………………………………21
    4.5.2 大手臂電機處渦輪蝸桿及帶傳動的確定 ……………………………22
    4.5.3 小手臂電機處渦輪蝸桿及帶傳動的確定 ……………………………23
    4.5.4 手腕擺動電機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 總結與展望 ………………………………………………………………………29
謝辭 …………………………………………………………………………………30
[參考文獻] …………………………………………………………………………31
附錄一 科技文獻翻譯………………………………………………………………32
附錄二 畢業(yè)設計任務書與開題報告………………………………………………46