多自由度机械手机械设计.doc

多自由度机械手机械设计

摘   要
文中设计了一种六自由度机械手。该机械手主要由底座，腰部，主板，大手臂，小手臂，手腕，夹爪组成，采用步进电机驱动，单片机控制。手臂的尺寸与人手臂的大小相当。手臂的运动主要包括：腰部转动，大手臂摆动，小手臂摆动，手腕摆动，手腕转动，夹爪夹取。 此手臂的空间活动半径0.5m，定位精度为5mm.它能够抓取重量较轻的物体，并放到预定位置。该机械手有过载保护以及断电空间位置的自锁功能.可以用于教学演示，或者在有放射性的环境中完成特定工作。文中对机械手进行了正运动学分析, 采用齐次坐标变换法得到了机械手末端位置和姿态随关节夹角之间的变换关系,并完成了总体机械结计、步进电机选型、蜗轮蜗杆及带传动比的确定以及部分重要零件的设计。

关键词：机械手  六自由度  步进电机  同步带 。

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.

目录
目录……………………………………………………………………………………4
1 绪论…………………………………………………………………………………6
  1.1 国内机械手研状………………………………………………………………6
1.2 机械手的构成…………………………………………………………………7
1.3 机械手的发展趋势 …………………………………………………………9
1.4 本设计课题的背景和意义 …………………………………………………9
2 机械手的总体方案设计 …………………………………………………………10
2.1 机械手基本形式的选择 ……………………………………………………10
  2.2 机械手的主要部件及运动 …………………………………………………11
  2.3 驱动机构的选择 ……………………………………………………………12
  2.4 传动机构的选择 ……………………………………………………………12
3 机械手的数学建模 ………………………………………………………………12
  3.1 机器人数学基础 ……………………………………………………………12
3.2 机器人的运动学方程 ………………………………………………………13
4 机械手的整体设计计算 …………………………………………………………15
4.1 手部设计基本要求 …………………………………………………………15
4.2 典型的手部结构 ……………………………………………………………16
4.3 机械手手指的设计计算 ……………………………………………………16
4.3.1 选择手抓的类型和加紧机构 …………………………………………16
    4.3.2手抓加紧力与驱动力的力学分析  ……………………………………16
4.4 驱动电机的选择 ……………………………………………………………17
    4.4.1 手指张合电机的选择 …………………………………………………17
4.4.2 手腕电机的选择 ………………………………………………………19
4.4.3 大手臂摆动电机的选择 ………………………………………………19
    4.4.4 小手臂摆动电机的选择 ………………………………………………20
    4.4.5 手腕摆动电机的选择 …………………………………………………20
4.4.6 底座转动电机的选择 …………………………………………………21
4.5 涡轮蜗杆、带轮的选择及传动比的确定 …………………………………21
    4.5.1 底座电机处涡轮蜗杆的传动的确定 …………………………………21
    4.5.2 大手臂电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 ……………………………22
    4.5.3 小手臂电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 ……………………………23
    4.5.4 手腕摆动电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 …………………………24
4.6 小手臂摆动处轴的校核 ……………………………………………………25   
5 总结与展望 ………………………………………………………………………29
谢辞 …………………………………………………………………………………30
[参考文献] …………………………………………………………………………31
附录一 科技文献翻译………………………………………………………………32
附录二 毕业设计任务书与开题报告………………………………………………46