-三自由度机械手设计解读.doc

摘 要 本次设计机械手主要由手爪、手臂、机身、机座等组成，具备上料、等多种功能，本机械手机身采用机座式，围绕机座布置，其坐标形式为，具有旋转、手臂个自由度；驱动方式为驱动控制精度高，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好机械手目 录 摘 要 I 第1章 绪论 1 1.1 题目提出的意义 1 1.2 国内外发展现状 1 第2章 方案的确定与比较分析 3 2.1 机械手机械系统的比较与选择 4 2.2 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 9 3.1 主要技术参数的确定 9 3.2 各关节电机的选择计算 10 3.2.1 大臂旋转电机的选择 11 3.2.2 小臂旋转电机的选择 12 3.2.3 腰部旋转电机的选择 13 第4章 手部结构设计 15 4.1 夹持式手部结构 15 4.1.1 手指的形状和分类 15 4.1.2 设计时考虑的几个问题 15 4.2 手部夹紧气缸的设计 16 4.2.1 弹簧的设计计算 16 4.2.2 对于压缩弹簧稳定性的验算 17 4.2.3 疲劳强度和应力强度的验算。 17 4.2.4 手部驱动力计算 18 4.2.5 气缸直径的设计计算 19 4.2.6 缸筒壁厚的设计 21 4.2.7 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 23 5.1 轴的设计与校核 23 5.1.1 大臂旋转轴的设计 23 5.1.2 大臂轴的强度校核 24 5.2 键的选择与强度的校核 27 5.3 轴承寿命的校核 30 5.4 联轴器的选择与圆锥销的校核 31 5.4.1 联轴器的选择. 31 5.4.2 联轴器圆锥销的校核 32 第6章 控制系统设计 33 6.1 单片机最小系统 33 6.1.1 8051单片机介绍 34 6.2.2 复位电路 36 6.1.3 振荡电路 36 6.2 串行接口电路 37 6.3 传感器 38 6.3.1 传感器的选型 38 6.3.2 硬件电路的设计 39 6.4 电动机的控制 40 6.4.1 L298N电机驱动芯片简介 40 6.4.2 硬件电路图 41 结 论 42 致 谢 43 参 考 文 献 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。 (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