平面关节型机械手设计

平面关节型机械臂设计说明书一、机器人简图（见图1）图1 机器人简图已知参数：Ф1=150°，Ф2=45°，z=600mm，4=90°，=60°/s，=90°/s =300mm/s，=90°/s；加减速时间0.3s；手腕负荷：质量为2.5kg，直径为60mm的铁质圆柱体；驱动源型式：交流伺服电机。

二、机器人工作范围（见图2）图2 机器人工作范围三、运动简图（见图3）图3 机器人运动简图该平面关节型机器人有以下几种运动结构形式：腰座转动机构: 布置在基座上的腰座安装在角接触球轴承上，电动机M1的轴与谐波发生器的中心轮连接，谐波发生器的刚轮与腰座固定部分联结，而谐波发生器的柔轮则与腰座的输出部分联接，当电机M1转动时带动腰座实现回转运动。

手臂转动机构: 布置在腰座上的大臂安装在角接触球轴承上，电动机M2的轴与谐波发生器的中心轮连接，谐波发生器的刚轮与大臂固定部分联结，而谐波发生器的柔轮则与大臂的输出部分联接，当电机M2转动时带动大臂实现回转运动。

手臂举升机构: 包括手腕机构在内的机体沿固定在上、下支承板中的两个导向柱可以上下移动。

在上支承板上装有电机基座，电机通过联轴器与滚珠丝杠相连，滚珠丝杠副的螺母紧固在手臂伸缩组件的机体上。

这样一来，电机M3的转动就变为手臂的上下往复移动。

手腕的俯仰及回转机构: 在手腕机构的机体前后装有电机M4及M5。

M4通过谐波减速器减速后，通过一组直齿齿轮及一组锥齿轮，将电机M4的转动变为手腕的俯仰运动。

电机M5经过谐波减速后，通过两组直齿齿轮传动，将电机M5的转动变为手腕的回转运动。

四、负载分析与结构设计计算1、腕部（见图4）图4 腕部传动简图传递路线：（1）关节4：电机M4—谐波减速器1—轴1—圆柱直齿轮Z1/Z2—轴5—带动手腕的回转运动Ф4（2）关节5：电机M5—谐波减速器2—轴2—圆柱直齿轮Z3/Z4—轴4—带动手腕上下俯仰运动Ф5A、由手腕负载求腕部驱动力矩：已知：手腕负载为M1=2.5kg的铁质圆柱体，且H=D=60mm，已知铁的密度ρ=7300kg/m3则：解得：H=D=75.8mm而（N.m）其中系数的值0.83-0.91.求回转关节驱动力矩T4：设其回转轴D5=60mm，腕部质量m2与负载m1相同均为2.5kg，则：求得=0.18N.m其中f——静摩擦系数其中，——偏心距=0.12N.m其中——腕载对关节4回转轴转动惯量2.求俯仰关节驱动力矩T5：设其回转轴D4=20mm，腕部质量m3与负载m1相同均为2.5kg，则=0.15 N.m则B、初选电机其中：——关节电机的额定功率K——安全系数，K=1.2-2——负载最大角速度对回转关节4：对回转关节5：初选选取电机M4与M5相同，型号为：MSMA系列（小惯量），其主要参数为：r/min联接键的选择：根据电机轴径，选择：键315（GB1096-79）C、总传动比及各级传动比确定：对回转关节4：=200 （4.10）取对俯仰关节5：（4.11）取D、谐波减速器的选型：1号谐波减速器的型号为杯型谐波减速器：CS-25A-200 i=200 m=0.7kg 2号谐波减速器的型号为杯型谐波减速器：CS-25A-100 i=100 m=0.7kgE、齿轮的选择1．直齿圆柱齿轮Z1、Z2：主动齿轮Z2，转速n1=20r/min，传动比为1，齿轮传动功率100w，选Z1、Z2材料为45调质。

江苏城市职业学院毕业设计（论文）（ 2011 届）设计（论文）题目平面关节型机械手设计办学点（系）张家港办学点（工程系）专业机械设计与制造班级11机械（普）学号110404350532学生姓名邵强指导教师杜微娜职称助教摘要 (3)一、概论 (4)1、机械手的工作原理及设计思想 (4)2、机械手应用及应用中容易出现的误区 (5)3、机械手的发展及发展前景 (6)二、机械手的总体设计 (7)三、手指设计 (9)1、设计时应注意的问题 (10)2、零件的计算 (10)3、手指夹紧力的计算 (11)四、移动关节的设计计算 (12)1、驱动方式的比较 (12)2、汽缸的设计 (13)五、小臂的设计 (14)1、结构的设计 (14)2、轴的设计计算 (15)3、轴承摩擦力矩的计算 (15)4、驱动的选择 (16)六、大臂的设计 (16)1、结构的设计 (17)2、轴的设计计算 (17)3、轴承摩擦力矩的计算 (18)4、伺服系统的选择 (18)七、机身的设计 (17)1、设计时应注意的问题 (17)2、设计的效果说明 (18)结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)平面关节型机械手设计[摘要] 平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动，其工作空间如工作空间图，它的纵截面为矩形的回转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状。

关键词: 机械手轴承汽缸[Abstract] Selective Compliance Assembly Robot Arm have two slew joints andone move joints , two slew joints control the moving of the front and back l eft and right . the move joints control the moving of up and down . the wor k room as work room drawing . the vertical section is a rectangle slew . the high of the vertical section is move joints’journey ,the move angle of the two slew joints decide the big and small and figure of the vertical section .Key words: manipulator axletree cylinder一、机械手概论工业机械手是一种模仿人手部分动作，按照预先设定的程序，轨迹或其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。

平面关节式教学机器人设计毕业设计中文摘要本次设计的课题为平面关节式教学机器人，通过对平面关节式教学机器人的开发设计，为我学院选修课《机械手与机器人》提供一个可以直观感受关节坐标式机器人的教学工具，该设计完成后经过进一步的试验设计可以实现该课程的实践教学，丰富该课程的教学手段、提高教学水平。

本文主要对平面关节式机器人的结构进行了优化设计，包括机器人的底座、轴、大臂、小臂等零件进行了更加细致的设计，减轻了各个零件的质量，使结构尺寸设计的更加合理，对零件的各个部分进行了更加细致的分析和设计，同时考虑了实际装配的一些问题，对零件进行了合理的工艺处理，对需要配合的地方给出了合理的配合，使结构更加符合教学机器人结构简单、价格便宜、操作方便等特点。

关键词机器人教学关节 SCARA毕业设计外文摘要目录1 引言 (1)1.1研究背景及现状 (1)1.2课题研究的意义 (2)1.3SCARA机器人本体结构 (2)2SCARA型机器人臂结构的设计 (4)2.1 电机的设计计算 (4)2.2轴的设计 (5)2.2.1轴的材料选择 (5)2.2.2估计轴的最小直径 (5)2.2.3 轴的结构设计 (5)2.2.4轴的校核 (8)2.3SCARA型机器人的底座机构关键零件的设计 (9)2.4 大臂的结构设计 (11)2.5小臂的结构设计 (12)2.6SCARA型机器人大臂与小臂连接处关节设计 (13)2.7电机托设计 (14)2．8SCARA型机器人手腕的设计 (16)2.8.1 滚珠丝杠花键轴的选择 (18)2.8.2 同步带的选择 (21)3平面关节式教学机器人的总体装配图 (23)4润滑 (24)结束语 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录一设备使用说明书 (28)附录二三维装配图 (29)附录三外购件明细表 (30)1 引言SCARA机器人很类似人的手臂的运动，它包含肩关节、肘关节和腕关节来实现水平和垂直运动，在平面内进行定位和定向，是一种固定式的工业机器人。

摘要平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动，它的纵截面为矩形的回转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状[11]。

能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

关键词：机械手，轴承，汽缸ABSTRACTSelective Compliance Assembly Robot Arm have two slew joints and one move joints ; two slew joints control the moving of the front and back left and right , the move joints control the moving of up and down , the vertical section is a rectangle slew , the high of the vertical section is move joints’ journey , the move angle of the two slew joints decide the big and small and figure of the vertical section .Mechanical hand, is also called from begins, auto hand can imitate the manpower and arm's certain holding function, with by presses the fixed routine to capture, the transporting thing 'OR' operation tool's automatic operation installment. It may replace person's strenuous labor to realize the production mechanization and the automation, can operate under the hostile environment protects the personal safety, thus widely applies in departments and so on machine manufacture, metallurgy, electron, light industry and atomic energy.Key words:manipulator, axletree , cylinder目录摘要 (I)ABSTRACT.................................................................................................... I I 第1章总体设计....................................................... 错误!未定义书签。

摘要机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

是一门涉及计算机科学、机械学、电子学、自动控制、人工智能等多个方面的学科，它代表了机电一体化的最高成就。

现今，机械手已经运用到各个领域，特别是在装配作业方面。

在装配机械手中，平面关节型装配机械手（即SCARA型）是应用最广泛的一种装配机械手。

本课题提出设计一种服务机械手，用于电子元器件等的装配，在分析国内外SCARA产品基础上，经过不同方案的比较，在确定了最优方案后通过认真的计算，仔细的校核，使设计结构简单、运行可靠、经济合理，能满足教学实验等需要，对于更好地熟悉和掌握相关课程具有重要的意义。

本文设计的是一种小型服务装配机械手，主要对这种机械手进行结构方面的设计。

本文设计的SCARA机器人具有以下特点：通用性好、体积小、重量轻、外形美观、成本低，对其本体的可行方案进行了充分的研究后，设计成具有多个自由度的结构，由机身、大臂、小臂及手腕组成，谐波减速器、齿轮、丝杠螺母等组成了机械手简单可靠的传动方案。

该电机的多个关节均采用步进电机驱动，具有控制简单、成本低的特点。

关键词：工业机械手自由度机器人AbstractRobot is a kind of science related to many other ones such as computer science, mechanism, electronics, automation control and artificial intelligence. Now, robots are used in many fields, especially in the aspect of assembly task. It represents the up-most level of mechatronics. Among assembly, plane articulated assemblyrobot (SCARA manipulator) is used most widely.This topic puts forward designing a kind of assemble robot, used for an assemble electronics component, after analy domestic and international SCARA, the surface of sphere SCARA etc. Through compare with different project. After making sure superior project, though the careful calculation and check.Make design with simple structure,credibility circulate, reasonable cost, can satisfy the teaching experiment etc..The presented SCARA manipulator in this paper is a pint-sized assembly robot, where the structure of SCARA manipulator is designed. The presented SCARA manipulator in this paper has following characters: good universality, small volume, light weight, beautiful appearance and low cost, so the structure of robot is fully considered which has four freedoms and is consisted of comprises base, big arm, small arm and wrist. The simple reliable transmission scheme of SCARA manipulator is composed of harmonic deceleration and gear wheel and feed screw. The four joints are all driven by stepping motors, which has the characters of simple control and low cost.Keyword: Industrial robots Freedom Robot目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)第2章总体方案设计 (3)2.1 工业服务机器手的传动系统设计 (3)2.1.1机械手驱动系统的比较与选择 (3)2.1.2 传动机构的对比与分析 (5)2.2 机械手总体设计方案的比较确定 (6)第3章步进电机的选择及其校核计算 (11)3.1 主要技术参数确定 (11)3.2 各自由度步进电机的选择 (11)3.2.1第一自由度步进电机的选择 (12)3.2.2第二自由度步进电机的选择 (13)3.2.3第三自由度步进电机的选择 (13)3.2.4第四自由度步进电机的选择 (14)3.2.5第五自由度步进电机的选择 (14)3.3 第一自由度轴传动系统的计算与校核 (14)3.3.1第一自由度轴的等效转动惯量的计算 (14)3.3.2 步进电机1的校核 (15)3.4 第二自由度轴传动系统计算与校核 (15)3.4.1第二自由度等效转动惯量的计算 (15)3.4.2 步进电机2的校核 (16)3.5 第三自由度轴传动系统的计算与校核 (16)3.5.1第三自由度等效转动惯量的计算 (16)3.5.2 步进电机3的校核 (17)第4章系统整体的设计与校核 (18)4.1 同步齿形带传动设计 (18)4.1.1求出设计功率d P (18)4.1.2选择带的节距 (18)4.1.3确定带轮直径和带节线长 (18)4.1.4选择带长Lp (19)4.1.5近似计算中心距 (19)4.1.6进行标准带宽的选择 (20)4.2 各输出轴的设计 (21)4.2.1机身输出轴设计 (21)4.2.2 大臂输出轴设计 (21)4.2.3 大臂与小臂连接轴设计 (21)4.2.4 带轮轴设计 (21)4.2.5升降轴设计 (22)4.3 滚珠丝杠副校核 (23)4.3.1最大工作载荷计算 (23)4.3.2最大动负载C的计算与校核 (23)4.3.3传动效率计算 (23)4.3.4刚度计算 (24)4.3.5丝杠稳定性验算 (24)4.4机械手机身的设计 (25)4.5其他部分结构设计 (25)第5章控制系统设计 (27)5.1 机器人控制的特点 (27)5.2 机器人控制的分类 (28)5.2.1点位控制(PTP)机器人： (28)5.2.2连续轨迹控制(CP)机器人： (28)结论 (29)参考文献 (30)致谢................................................ 错误!未定义书签。

平面关节型机械手结构设计摘要机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，目前平面关节型机械手被广泛应用于工业领域中。

平面关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动。

文章中介绍了平面关节型机械手的设计理论与方法，在力学计算的基础上进行结构分析，详尽的讨论了平面关节型机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。

关键词：机械手平面关节型结构设计Plane joint type manipulator structure designAbstract Manipulator is a sort of automation device which has the function of grasp and transfer workpieces during the automated production. Today hydraulic manipulator is widely used in industry field. Planar articulated robot with two rotary joints and a prismatic joint; two rotary joints around, movement control, and move up and down movement joint is achieved.This article system elaboration industry manipulator's design theory and method. Mechanical calculations on the basis of the structural analysis.The comprehensive exhaustive discussion has Planar articulated manipulator's hand, the wrist, the arm ，the fuselage and so on ,which the major structural design computation.Key words: manipulator; Plane joint type; structural design目录1绪论 (8)1.1 机械手的组成 (1)1.1.1 执行机构 (1)1.1.2 驱动机构 (2)1.1.3 控制系统分类 (2)1.2 机械手的分类 (2)2 机械手总体设计 (4)1.1 主要技术参数 (4)3 手部设计 (5)3.1 确定手部结构 (6)3.2 手部受力分析 (6)3.3 手部夹紧力的计算 (7)3.4 手部夹紧缸的设计计算 (8)3.4.1 夹紧缸主要尺寸的计算 (8)3.4.2 缸体结构及验算 (9)3.4.3 活塞杆的设计计算 (9)4 移动关节的设计计算 (11)4.1驱动方式的比较 (11)4.2上下移动升降缸的设计 (12)5 小臂的设计 (14)5.1 设计时注意的问题 (14)5.2 小臂结构的设计 (13)5.3 轴的设计计算 (15)5.4 轴承的选择.................................... 错误!未定义书签。

摘要机械手，顾名思义，机械原件做成的像人手一样的器械，可替代人手完成一些大量重复、复杂、危险的工作。

机器手是由机械与电子相互结合产生的产品。

使用机械手的目的有以下几点：劳动生产率得到提升，使加工过程更先进，更高效，减轻人们劳动负担，改善人们的劳动环境等等。

按照要求可以进行自动化技术装备。

机械手可以代替手工进行工作，降低劳动消耗程度，改进在工作中所需的物质设备条件，提升单位时间制作产品的数量。

经常在工业生产中出现的频繁工件无法用手工来解决的困难时，那么机械手就可以完美替代人手进行工业生产劳动；而且，机械手的工作环境相当广泛，可以在高低温、放射性等有毒污染环境下工作，占据相当大的优势，所以机械手在工厂运作中占据着不可替代的作用。

本次课程设计基于机械设计原理，在了解了四自由度关节型机械手的基本信息后，介绍了其使用范围，按照设计原理和步骤设计了一台有着四自由度的关节型机械手。

机械手的发明极大地改善了工人的工作环境，简化了工人的工作内容，提高整体的生产劳动效率，是人类生产活动中有利的帮手。

本论文运用了机械手工作原理和设计、四自由度设计等各方面的专业知识，在设计四自由度的关节型机械手的过程中，结合已有的知识解决过程中的难题，并进行深入探讨，如何在已有的基础上融入自己的创意和想法，使机械手设计得更为简洁，实用性更强。

关键词：关节型机械手，机械设计，四自由度ABSTRACTThe manipulator, as the name implies, is a human-like device made of mechanical originals, which can replace a lot of repetitive, complicated and dangerous work. The robot is a product produced by the combination of machinery and electronics. The purpose of using the robot is as follows: the labor productivity is improved, the processing process is more advanced, more efficient, the labor burden is reduced, the working environment is improved, and the like. Automated technical equipment is available upon request. The robot can replace the manual work, reduce the labor consumption, improve the physical and equipment conditions required in the work, and increase the number of products produced per unit time. When the frequent occurrence of frequent workpieces in industrial production cannot be solved by hand, it is the most effective way to use the robot at this time; moreover, the robot can work under high and low temperature, radioactive and other toxic pollution environments, occupying considerable advantages. Therefore, the robot plays an irreplaceable role in the operation of the factory.This course design is based on the mechanical design principle. After understanding the basic information of the four-degree-of-freedom articulated manipulator, the scope of its use is introduced. An articulated manipulator with four degrees of freedom is designed according to the design principles and steps. The invention of the robot greatly improved the working environment of the workers, simplified the work content of the workers, and improved the overall production labor efficiency, which is a favorable helper in human production activities. This thesis uses the professional knowledge of the working principle , and in-depth discussion, How to integrate your own ideas and ideas on the existing basis, so that the robot is designed to be more concise and practical.Key Words: Articulated manipulator；Mechanical Design；Four degrees of freedom目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 设计目的 (2)1.3 关节机械手研究概况 (2)1.3.1 国外研究现状 (2)1.3.2国内研究现状 (3)1.4 关节型机械手构成机件的作用 (4)2 总体方案设计 (5)2.1 机械手工程概述 (5)2.2 工业机械手总体设计方案论述 (6)2.3 机械手机械传动原理 (7)2.4 机械手总体方案设计 (8)3手部设计计算 (9)3.1对手部设计的要求 (9)3.2拉紧装置 (10)3.3机械运动范围（速度） (12)3.4手部右腔流量 (12)3.5手部工作压强 (12)4 移动关节的设计计算 (12)4.1驱动方式的比较 (12)4.2汽缸的设计 (13)5小臂的设计 (16)5.1 小臂结构的设计要求 (16)5.2 小臂结构的设计 (16)5.3小臂电机及减速器选型 (16)5.4小臂的计算 (17)5.5 轴的设计计算 (18)5.6 轴承的选择 (18)5.7 轴承的校核 (18)5.8 计算轴承摩擦力矩： (19)5.9步进电动机和齿轮选择 (20)6 大臂的设计计算 (20)6.1大臂部结构设计的基本要求 (20)6.2 大臂的结构设计 (22)6.3 大臂电机及减速器选型 (22)6.4大臂的计算 (23)6.5 轴的设计计算 (24)6.6轴承的选择 (24)6.7 轴承摩擦力矩的计算 (25)6.8步进电动机和齿轮的选择 (25)7. 机身的设计 (27)8 电机选型有关参数计算 (27)8.1 相关参数的计算 (28)8.2 电机型号的选择 (30)总结与展望 (31)致谢 (32)参考文献 (33)1 绪论1.1 引言上世纪八十年代以来，我国的社会、经济、科学技术都取得了突飞猛进的进展，在科学技术这一领域，机器人学也在不断地发展与进步。

平⾯关节型机械⼿设计_毕业设计精品平⾯关节型机械⼿设计⽬录第1章绪论 (1)第2章机械⼿总体⽅案设计 (2)2.1总体⽅案分析 (2)2.2总体结构分析 (3)第3章机械⼿总体结构设计 (6)3.1 机械⼿⼿部设计 (6)3.2 移动关节的设计 (9)3.3 ⼩臂的设计 (11)3.4 ⼤臂的设计 (16)3.5 机⾝的设计 (18)结束语 (21)参考⽂献 (22)平⾯关节型机械⼿设计第⼀章绪论随着我国⼯业⽣产的飞跃发展，⾃动化程度的迅速提⾼，实现⼯件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳⼿等⼯具进⾏加⼯、装配等作业的⾃动化，已愈来愈引起⼈们的重视。

机械⼿是模仿着⼈⼿的部分动作，给定程序、轨迹和要求实现⾃动抓取、搬运或操作的⾃动机械装置。

在⼯业⽣产中应⽤的机械⼿被称为“⼯业机械⼿”。

⽣产中应⽤实现安全⽣产；尤其在⾼温、⾼压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒⽓体和放射性等恶劣环境中，它代替⼈进⾏正常的⼯作，意义更为重⼤。

因此，在机械加⼯、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻⼯业、交通运输业等⽅⾯得到越来越⼴泛的应⽤。

机械⼿的结构形式开始⽐较简单，专业性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专⽤机械⼿。

随着⼯业技术的发展，制成了能够独⽴的按程序控制实现重复操作，使⽤范围⽐较⼴的“程序控制通⽤机械⼿”，简称通⽤机械⼿。

由于通⽤机械⼿能很快地改变⼯作程序，适应性较强，所以它不断变换⽣产品种的中⼩批量⽣产中获得⼴泛的应⽤。

本次课程设计的平⾯关节型机械⼿是应⽤于上下料、搬运环类零件，从内孔夹持⼯件，代替⼈⼿的繁重劳动，减轻⼯⼈的劳动强度，改善劳动条件，提⾼劳动⽣产率。

本次课程设计是通过设计平⾯关节型机械⼿，培养综合运⽤所学知识，分析问题和解决问题的能⼒。

第⼆章平⾯关节型机械⼿总体⽅案设计平⾯关节型机器⼿⼜称SCARA型装配机器⼿，是Selective Compliance Assembly Robot Arm的缩写，意思是具有选择柔顺性的装配机器⼈⼿臂。

摘要随着机器人在各个领域应用的日益广泛，许多场合要求机器人具有力控制的能力。

此次设计是针对回转壳体内自动粘贴胶片的任务，设计一个3—DOF平面关节型机械手（包括1个移动关节，2个转动关节和末端执行机构），配合壳体驱动系统来实现此任务。

在机械手工作过程中，通过伺服电机带动丝杠转动，从而来完成机械手水平方向的移动，旋转关节1通过链传动来完成平面内的旋转动作，旋转关节2直接在伺服电机的驱动下完成平面内的旋转动作，这样机械手可以伸入口径较小的回转壳体内完成粘贴胶片的任务。

本次设计工作首先对机械手进行了运动学分析（包括运动学方程的建立，运动学方程的正问题、逆问题及其解）。

设计内容包括机械手的移动关节、旋转关节的结构设计，传动部分的设计等。

其中，重点是对伺服进给系统的设计（包括工作台的设计，丝杠的设计，直线导轨、伺服电机和减速器的选取等）。

最后对系统中主要部件的刚度、强度等性能参数进行了计算与校核。

关键词：机械手；自由度；运动学分析；伺服电机；直角减速器AbstractWith the increasing application of robot in various industrial fields, it is requested that robot has the ability to control power. According to the contact task of rotary hull, a 3-DOF robot manipulator is designed in order to accomplish sticking of the colloid. The robot manipulator consists of a transfer joint and two revolute joints and robot end-effector. The robot manipulator could realize the contacting task combining with the driving system of rotary hull. The concrete processing comprising of driving screw transmission with the servo motor. In this way, robot manipulator could complete movement in horizontal direction, the revolute joint could be able to accomplish revolute motion of two dimension-space through a chain driving, the revolute joint of end-effector completes directly revolute motion with the servo motor.Firstly, this design has been carried on the kinematics’ analysis in order to the manipulator, which consists of including the establishment of kinematics equation, the positive solutions of the kinematics equation, the corresponding inverse solutions. Secondly, the transfer joint, revolute joint and the transmission part are designed. The important part is the design of servo feeding system, which consists of the design of the platform and the screw, the selection of linear guide way, servo motor and reducer, etc. Finally, the corresponding calculations are done considering the system's main guide line such as components stiffness, strength and other performance parameters.Keywords: Robot manipulator；Freedom；Kinematics analysis；Servo motor；Right-angle reducer目录1 引言 (1)1.1课题背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3工业机械手的用途 (3)2 机械手结构的总体方案设计 (4)2.1课题的主要内容 (4)2.2课题的研究方案 (4)2.3机械手结构的总体设计 (4)2.3.1 主要技术指标设计 (4)2.3.2 机械手的结构设计 (4)3 机械手运动学分析 (5)3.1机械手运动学方程的建立 (5)3.2运动学方程的正解 (6)3.3运动学方程的逆解 (7)4 传动装置的设计 (9)4.1伺服电机及减速器的选择 (9)4.1.1 机电领域中伺服电机的选择原则 (9)4.1.2 旋转关节驱动电机及减速器的选择 (9)4.2链轮的设计及链条的选择 (10)4.2.1 滚子链传动的设计 (10)4.2.2 链轮的设计 (12)4.2.3 滚子链的静强度计算 (13)4.2.4 链传动的张紧 (13)4.2.5 链传动的润滑 (14)5 轴的设计与验算 (15)5.1轴的结构设计 (15)5.1.1 选择轴的材料 (15)5.1.2 初步估计轴径 (16)5.2轴的校核 (16)6 轴上零件的选择与计算 (22)6.1键的选择与键联接强度校核 (22)6.1.1 大臂末端电机轴上键的选择与校核 (22)6.1.2 轴上矩形花键的选择与校核 (23)6.1.3 小臂电机轴上键的选择与校核 (23)6.2滚动轴承的验算 (23)6.2.1 确定轴承的承载能力 (24)6.2.2 计算当量动载荷 (24)6.2.3 校核轴承寿命 (25)7 伺服进给系统的设计与计算 (26)7.1滚珠丝杠的设计 (26)7.1.1 材料的选择 (26)7.1.2 耐磨性计算 (26)7.1.3 螺杆的强度计算 (27)7.1.4 螺杆的稳定性计算 (27)7.2丝杠副的选择计算 (28)7.2.1 螺母的疲劳寿命计算 (29)7.2.2 螺母螺纹牙的强度计算 (29)7.2.3 螺母凸缘的强度计算 (30)7.3丝杠驱动电机的选择 (31)7.4机械导轨的选择 (32)7.5联轴器的选择与计算 (33)7.5.1 选择联轴器的类型 (33)7.5.2 联轴器的主要参数 (33)7.5.3 联轴器的计算扭矩 (33)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录A (38)附录B (44)1 引言1.1 课题背景和意义机器人技术，应该说是一个伴随着科学技术的进步而发展起来的一项综合性的成果。

第1章绪论1.1 引言工业机器人的出现和高速发展是社会、经济发展的必然，是为提高社会的生产水平和人类的生活质量，让机器人替人们干那些人们不愿干、干不了、干不好的工作。

我国对于工业机器人的定义为：“一种自动化的机器，所不同的这种机器具备一些与人或者生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。

1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。

它是最早的工业机器人设想。

20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。

50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，如图0.2所示，这是一种主从型控制系统，主机械手的运动。

系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。

1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。

该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。

这就是所谓的示教再现机器人。

现有的机器人差不多都采用这种控制方式。

1959年，美国发明家英格伯格与德沃尔制造出世界上第一台工业机器人Unimate以来，从此工业机器人在现代化社会工业生产的环节中的占比与日俱增。

同时伴随着新一轮工业革命及科技革命的到来，各国对于工业现代化都提出了更高的要求，德国提出了“工业4.0”美国提出了“先进制造业国家战略计划”，并采取多种措施“吸引制造业回流”，英国提出了“高价值制造业战略”，日本提出了“产业复兴计划”、法国提出了“新工业法国”等。

中国作为全球制造业中心，更要做好充分准备，提升中国制造业的国际竞争新优势，打造中国的工业现代化、做大做强中国制造，对此，我国提出了“中国制造2025”战略。