发布时间 : 星期二 文章自动上下料机械手的主要零部件设计及三维造型更新完毕开始阅读3b83221c591b6bd97f192279168884868762b82e
湖北理工学院 毕业设计（论文）
2机械手直臂部分的总体设计
2.1 执行机构的选择
（1）手部是装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。分为机械钳爪式手部结构和吸附式手部结构。具有以下特点：1）手部与腕部相连处可拆卸，手部与手腕有机械接口，也可能有电、汽、液接头，当工业机器人作业对象不同时，可以方便的拆卸和更换手部。2）手部是工业机器人的末端操作器。它可以像人手那样具有手指，也可以不具备手指；可以是类人的手爪，也可以是进行专业操作的工具，如装在机器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。3）手部的通用性比较差。工业机器人的手部通常是专用的装置，一种手爪往往只能抓我一种工件或几种在形状、尺寸、质量等方面相近似的工件，只能执行一种作业任务。4）手部是一个独立的部件，假如把手腕归属于臂部，那么工业机器人机械系统的三大件就是机身、臂部、和手部。手部是决定整个工业机器人作业完成好坏、作业柔性好坏的关键部件之一。 （2）腕部是连接手部和臂部的部件，起支撑和改变手部姿态的作用。机器人操作臂将末端工具至于其工作的三维空间内的任意点需要三个自由度。为了进行实际操作，它应该能够奖工具置于任意的方位，同时需要一个腕部，一般还需要三个自由度，即回转、俯仰和摆动。腕部可具有不同的自由度数目和不同的结构。腕部所需要的自由度根据机器人的工作性能来确定，在多数情况下，玩不具有两个自由度，即回转和俯仰或摆动。腕部可用安装在连接处的驱动器直接驱动，也可以从底座内的动力源经链条、同步齿形带、连杆或其他机构远程驱动。直接驱动一般采用液压或气动，具有较高的驱动力和强度，但增加了机械手的质量和惯性。远程驱动可降低机械手的惯性，但需要传动装置，设计较为复杂。
（3）臂部是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。
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2.2 驱动机构的选择
驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同, 可分为以下四类： （1）气压传动机械手
气压机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其特点为：输出力大、易于保养、动作迅速、结构简单成本低。但是由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差、冲击力大、定位精度一般、抓取力小。 （2）液压传动机械手
是以油液压缩的压力来驱动执行机构运动的机械手。其特点为：输出力大、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏、抓取力大。但是这种机械手对密封性要求很高、不易于保养与维护、受到液体本身的属性影响，不宜在高温或者低温的环境下工作、油的泄漏会导致对其工作性能产生很大的影响、油液过滤要求非常严格，成本高。 （3）机械驱动机械手
它是由机械传动机构驱动的机械手，是一种附属于工作主机的专用机械手，动力是由工作机械提供的。其主要特点为：运动精确，动作频率大，定位精度高。但是结构较大，保养需求高。 （4）电气驱动机械手
它是由电机直接驱动执行机构运动的机械手。其特点为：运动速度快，行程长，定位精度高，易于维护、使用方便、节能环保。但是其技术还不够成熟、结构较复杂、成本也较高。
驱动机构是工业机械手的重要组成部分, 工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。考虑机械手的工作环境以及各驱动的特点我们采用电动驱动。
2.3传动结构的选择
（1）齿轮传动机构
圆柱齿轮，圆锥齿轮，谐波齿轮蜗轮蜗杆及，摆线针轮传动等是在工业机器人中经常使用的几种齿轮传动机构。 （2）谐波齿轮传动
谐波齿轮传动具有结构简单、体积小重量轻，传动比大（几十到几百），传动精度高、回程误差小、噪音低、传动平稳，承载能力强、效率高等一系列优点。故在工业机器人系统中得到广泛的应用。谐波齿轮传动与少齿差行星齿轮传动十分相似，它是依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力与运动的，故谐波
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齿轮传动与一般的齿轮传动具有本质上的差别。 （3）螺旋传动
螺旋传动及丝杠螺母，它主要是用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。螺旋传动有传递能量为主的，如螺旋压力机、千斤顶等；有以传递运动为主的，如机床工作台的进给丝杠。
丝杠螺母传动分为普通丝杠（滑动摩擦）和滚珠丝杠（滚动摩擦），前者结构简单、加工方便、制造成本低，具有自锁能力；但是摩擦阻力矩大、传动效率低（30%~40%）。后者虽然结构复杂、制造成本高，但是其最大的优点是摩擦阻力矩小、传动效率高（92%~98%），其运动平稳性好，灵活度高。通过预紧，能消除间隙、提高传动刚度；进给精度和重复定位精度高。使用寿命长；而且同步性好，使用可靠、润滑简单，因此滚珠丝杠在机器人中应用很多。由于滚珠丝杠传动返行程不能自锁；因此在用于垂直方向传动时，须附加自锁机构或制动装置。 （4）同步带传动
同步带传动是综合了普通带传动和链轮链条传动优点的一种新型传动，它在带的工作面及带轮外周上均制有啮合齿，通过带齿与轮齿作啮合传动。为保证带和带轮作无滑动的同步传动，齿形带采用了承载后无弹性变形的高强力材料，无弹性滑动，以保证节距不变。同步带具有传动比准确、传动效率高（可达98%）、节能效果好；能吸振、噪声低、不需要润滑；传动平稳，能高速传动（可达40m/s）、传动比可达10，结构紧凑、维护方便等优点，故在机器人中使用很多。其主要缺点是安装精度要求高、中心距要求严格，同时具有一定的蠕变性。同步带带轮齿形有梯形齿形和圆弧齿形。（5）钢带传动
钢带传动的特点是钢带与带轮间接触面积大，是无间隙传动、摩擦阻力大，无滑动，结构简单紧凑、运行可靠、噪声低，驱动力矩大、寿命长，钢带无蠕变、传动效率高。 （6)链传动
机器人的手腕传动采用链传动，考虑到降低机器人尾端的重量，经常将腕关节处的驱动电机安装在大臂关节处或小臂后端。 （7)钢丝绳轮传动
钢丝绳轮传动的有点有传动刚度大、结构柔软、成本较低、结构简单等。其缺点有加速度不宜太高、带轮较大、安装面积大等。
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2.4 机械手的基本形式选择
根据手臂的动作形态分析,常见的工业机械手按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手; (3)球坐标(极坐标)型机械手; (4)多关节型机机械手。
图2.1 机械手基本形式
按照此次设计机械手的工作环境选用直角坐标型机械手，其特点是结构简单紧凑，定位精度高，比较满足设计要求。
2.5 机械手直臂部分的主要部件及运动
在直角坐标型机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，关于机械手具有4个自由度 即：手爪张合；手腕回转；直臂升降；横臂平移4个主要运动。
机械手主要由3个大部件和4个电机组成：（1）手部，采用滑动丝杆结构，通过电机带动实现手抓的张合。（2） 腕部，采用一个步进电机带动蜗轮蜗杆实现手部回转 0°~180°（3）臂部，采用滚珠丝杠，电机带动丝杆使螺母在横臂上移动来实现手臂平动，带动丝杆螺母使丝杆在直臂上移动实现手臂升降。
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