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电动关节机械手设计

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摘要
本文简要介绍了电动式关节型机器人机械手的概念，机械手硬件和软件的组成，机械手各个部件的整体尺寸设计，气动技术的特点。

本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。

同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。

设计了机械手的手臂结构。

设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量，画出了机械手的装配图图。

关键词：工业机器人机械手电动电动式关节型机器人机械手
此处省略 NNNNNNNNNN字。

如需要完整说明书和CAD图纸等。

互联网腾讯公司二四柒伍玖伍玖零玖捌
小麦设计信得过。

本设计已通过答辩！长期有效
第1章绪论
1.1绪言
到目前为止，世界各国对“机器人机械手”还没有做出统一的明确定义。

通常所说的“机器人机械手”是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照予定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运或操纵工具的自动化装置。

而“机械手”一般具有固定的手部、固定的动作程序（或简单可变程序）、一般用于固定工位的自动化装置。

因为国内外称作“机器人机械手”、“机械手”、“操作机”的这三种自动化和半自动化装置，在技术上有某些相通之处，所以有时不易明确区分，就它们的技术特征来看，其大致区别如下。

“机器人机械手”（Industrail Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操纵工具的装置（国内称作机器人机械手或通用机械手）。

“机械手”（Mechanical Hand）：多数是指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装置（国内一般称作机械手或专用机械手）。

如自动线、自动线的上、下料，加工中心的自动换刀的自动化装置。

“操作机”（Manipulator）：一般是指由工人操纵的半自动搬运、抓取、操作装置。

如锻造操作机或处理放射性材料、火工品的装配等所使用的半自动化装置。

机器人机械手（Industral Robot ,简称IR）是1960年由《美国金属市场》报首先使用的，但这个概念是由美国George·C·Pevol在1954年申请的专利“程序控制物料传送装置“时提出来的。

在这专利中所记述的机器人机械手，以现在的眼光来看，就是示教再现机器人。

根据这一专利，Devol与美国Consolide Control Corp合作，于1959年研制成功采用数字控制程序自动化装置的原型机。

随后，美国的Unimation公司和美国的机械铸造(AMF)公司于1962年分别制造了实用的一号机，并分别取名为Unimate和Ver·satran。

Unimate机器人外形类似坦克炮塔，采用极坐标结构，而Versatran机器人采用圆柱坐标结构。

上述两种机器人成为机器人结构的主流，美国通用汽车公司和福特汽车公司在其金属冷热加工中，采用这类机器人进行压、铸、冲压等上、下料，收到了良好的效果。

美国的机器人机械手技术的发展，大致经历了以下几个阶段：
（1）1963~1967年为实验定型阶段。

1963~1967年，万能自动公司制造的
机器人机械手供用户做工艺实验。

1967年，该公司生产的机器人机械手定型为1900台。

（2）1968~1970年为实验应用阶段。

这一时期，机器人机械手在美国进入应用阶段。

例如美国通用汽车公司1968年订购了68台机器人机械手；1969年又自行研制出SAM型机器人机械手，并用21台组成了点焊小汽车车身的焊接自动线。

（3）1970年至今一直出于技术发展和推广应用阶段。

1970~1972年，机器人机械手处于技术发展阶段。

1970年4月美国在伊利斯工学院研究所召开了第一届全国机器人机械手会议。

据当时统计，美国已采用了大约200台机器人机械手，工作时间共达60万小时以上。

与此同时，出现了所谓高级机器人，例如森德斯兰德公司（Sundstrand）发明了用小型计算机控制50台机器人机械手的系统。

在欧洲第一台机器人机械手是1963年瑞典Kavieldt公司发表的第一台操作机。

日本在六十年代初期就开始研制固定程序控制的机器手，并从其他各国引进了用于不同生产过程的机器人，并获得迅速，很快研制出日本国产华的机器人机械手，技术水平很快赶上了美国并超过了其它国家，目前机器人机械手在日本已得到迅速发展并很快得到普及。

我国虽然开始研制机器人机械手仅比日本晚5~6年，但由于种种原因，机器人机械手的技术发展比较慢。

但目前已引起了有关方面的极大关注。

除了引进、消化、仿制外，已经具备了一定的独立设计和研制能力。

在1958年新疆维吾尔自治区成立30年大庆站展览馆展出了由新疆机械局研制的跳舞机器人《阿依古丽》。

在1986年地十六届广交会上，成都电讯工程学院研制的第三代仿人机器人《成蓉小姐》已经用汉语或英语向来宾问好，并能简要的介绍的展览产品及回答简单问话。

西北电讯工程学院研制的微机控制示教再现式机器人《西电I号》，也于1985年9月在陕西省科技贸易大会上进行了表演。

此外，清华大学自动化系研制的具有视觉手眼系统，北京钢铁学院研制的焊接机器人，均已达到了较高的水平。

同时，在机器人学科中的视觉、听觉、语音合成、触觉、计算控制以及人工智能诸领域研究，也取得了一定的进展。

近几年来的成就表明，我国机器人技术已经迈出了可喜的一步。

相信在不久的将来，我们一定回赶上世界各国前进的步伐。

1.2课题工作要求
为了保证机器人在抓取工件时的精确度，我们在机器人的手部安装了力觉传感器。

用以对机器人的检测和监控。

该检测系统运用的是闭环控制。

整个抓取动作的流程见图。

图1.1机械手的工作程序图
此处省略NNNNNNNNNN字。

如需要完整说明书和CAD图纸等。

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本设计已通过答辩！长期有效
总结
在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和论文审校整个过程中，我学到许多新知识，但是也发现了不少存在的问题。

在这次的毕业设计中，能否看懂图纸是关键，要了解图纸上所标注的是何含义，有何作用。

在这次编制工艺过程中，也犯了不少原本可以避免的错误，但在老师的精心指导下，逐渐纠正了这些错误，也说明了绘图时规范性。

编制工序对我来说，还处于理论方面的知识，在实践中还是有所欠缺的。

当拿到一张零件图纸后，却不知该从何下手了。

如何定基准。

加工的工艺路线也前后矛盾。

加工时所用的刀具，测量时所需测量工具等等。

都不清楚，使我感到十分困惑。

但是在学校技工培训和在威浮有限公司实习期间已对各个方面都有了一定的认识。

这次毕业设计是我们在学校的最后一次课。

它将我们平时所学相互结合起来，为我们将来进入工作做准备。

它让我们了解了更多的新知识。

感谢老师、系领导和学校的关心和指导，在设计过程中，结合工作体会和经历，为我完成设计给予了极大的帮助，为我们上了最后一次重要的课程。

参考文献
（1）费仁元张慧慧. 机器人机械设计和分析.北京：北京工业大学出版社，1998 （2）马香峰. 机器人机构学.北京：机械工业出版社，1991
（3）加藤一郎. 机械手图册.上海：上海科学技术出版社，1979
（4）张铁谢存禧. 机器人学.广州：华南理工大学出版社，2000
（5）宗光华张慧慧译. 机器人设计与控制.北京：科学出版社，2004
（6）张建民. 工业机器人.北京：北京理工大学出版社，1988
（7）周伯英. 工业机器人设计.北京：机械工业出版社，1995
（8）索罗门采夫. 工业机器人图册.北京：机械工业出版社，1993
（9）余达太. 工业机器人应用工程.北京：冶金工业出版社，1999
（10）吴芳美. 机器人控制基础.北京：中国铁道出版社，1992
（11）任大为. 机械设计手册.北京：化学工业出版社，1998
（12）徐灏. 新编机械设计师手册.北京：机械工业出版社，1995
（13）黄靖远. 机械设计学.北京：机械工业出版社，1999
（14）孟宪源等. 现代机构手册（上、下册）.北京：1994。

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机械手的整体设计

机械手的整体设计

机械手的整体设计机械手是一种能够模拟人手动作的机器装置，主要由结构、传动、控制和感知系统组成。

其整体设计需要考虑几个关键方面。

首先，机械手的结构设计要符合其应用场景和功能需求。

结构设计包括关节布置、臂长、工作空间以及末端执行器等。

关节布置决定了机械手的灵活性和工作能力，可以根据不同的任务需求选择串联或并联的关节布置。

臂长和工作空间决定了机械手的工作范围和工件的大小。

末端执行器根据实际需要可以设计成夹爪、吸盘、工具等各种形式，以满足不同的抓取和操作需求。

其次，机械手的传动系统设计要考虑到工作精度和负载能力。

传动系统一般采用电机和减速器、齿轮系统、链条或带传动等来实现。

电机和减速器的选型要根据所需的转速和扭矩来确定。

齿轮系统要考虑到传动效率和减震能力。

链条或带传动可以实现远距离传输力矩，适合大范围操作。

第三，机械手的控制系统设计必须保证其精确度和稳定性。

控制系统要能够实时获得机械手的位置、速度和力矩等信息，并能够根据需求进行实时调节和反馈。

控制系统一般包括传感器、运动控制器和执行器等。

传感器用于检测机械手各关节的位置和力量信息。

运动控制器负责解析传感器数据，计算运动轨迹和控制机械手的运动。

执行器对机械手进行动力输出，实现各关节的运动。

最后，机械手的感知系统设计要能够实时感知并识别环境中的物体和障碍物，以实现精确的操作。

感知系统一般包括视觉、力觉和力矩传感器等。

视觉传感器可以采集环境中物体的形状、颜色等信息，并通过图像处理算法进行识别和测量。

力觉传感器可以测量机械手与工件或环境之间的力量信息，实现更加精确的操作。

力矩传感器可以测量机械手各关节的力矩和负载情况，对控制系统提供实时反馈。

总而言之，机械手的整体设计需要考虑结构、传动、控制和感知等方面，以实现各种复杂的抓取和操作任务。

从结构设计到传动系统，再到控制和感知系统的设计，都要保证各个部分之间的协调和稳定性，以满足机械手在工业自动化、物流仓储、医疗卫生等领域的应用需求。

机器人机械手臂的力学分析与设计

机器人机械手臂的力学分析与设计

机器人机械手臂的力学分析与设计机器人是人工智能技术的重要应用之一，机器人的机械手臂作为其核心组成部分，扮演着至关重要的角色。

机械手臂的设计必须经过力学分析，才能确保机器人的正常运作。

在本文中，我们将探讨机器人机械手臂的力学分析和设计过程。

一、机械手臂的结构机械手臂通常由若干个关节和连杆构成，每个关节连接着两个相邻的连杆。

机械手臂的结构可以使用联轴器、直线导轨等方式设计。

由于机械手臂的关节数量和杆的长度会影响其稳定性和精度，因此在设计机械手臂时要视具体情况而定，采取合适的设计方案。

二、机械手臂的力学分析机械手臂主要依靠电机和减速器实现动力驱动，其关节位置和运动轨迹受力学原理的支配。

在机械手臂的力学分析中，需要考虑多个因素，如质量、惯性力、受力、扭矩等。

1. 质量机械手臂上的每个零件都有其自身的重量。

在进行力学分析时，必须将每个零件的重量计算在内。

此外，机械手臂运动时产生的离心力和惯性力也必须考虑进去。

2. 受力机械手臂在运动时，往往会承受外界的力。

这些力包括单向力、剪力和弯矩，可能会影响机械手臂的结构和稳定性。

为确保机械手臂的稳定性，设计者需要计算机械手臂在不同负载下的最大受力值。

3. 扭矩和能量在机械手臂运动时，其中的减速器和电机会产生扭矩和能量。

设计者需要确保机械手臂系统能够承受这些力和能量，以确保机械手臂的稳定性和安全性。

三、机械手臂的设计思路根据力学分析和结构设计原理，机械手臂的设计应遵循如下环节：1. 确定机械手臂的使用场景，包括负载、工作范围、工作精度等。

2. 根据使用场景确定机械手臂的杆数和长度，以及运动范围和速度。

3. 计算机械手臂上各关节之间的角度和位置变化，以及需要维持的角度和位置精度。

4. 选择合适的电机和减速器，保证其能够承受机械手臂的扭矩和能量，并确保其运行平稳。

5. 设计机械手爪部分，确保其能够兼容不同的工具，并使其能够在机械手臂运行时保持稳定。

最后，针对机械手臂的设计要求，进行实际构建并进行试验和测试，以确保机械手臂能够正常运行和实现目标使用效果。

机械手设计方案

机械手设计方案

机械手设计方案机械手设计方案引言：机械手是一种能模拟人手动作、完成复杂而重复的工作的机械装置。

本方案旨在设计一种功能全面、结构合理、操作简便的机械手。

一、功能设计：该机械手主要用于工业生产中的自动化操作。

设计中考虑到以下几个方面的功能需求：1.抓取能力：机械手需要具备稳定的抓取能力，能够根据需要抓取各种形状的物体。

2.运动自由度：机械手需要具备足够多的运动自由度，能够在空间中灵活操作。

3.力度控制：机械手需要根据不同任务的要求，能够对抓取力度进行精确控制。

4.操作平稳性：机械手的运动应平稳、精确，以实现高效的生产操作。

5.可编程性：机械手应具备可编程功能，可以根据不同任务需求进行多样化的操作。

二、结构设计：机械手主要分为下列几个部分：1.机械臂：机械臂是机械手的核心部分，应具备足够多的关节，以实现多自由度的运动。

同时，机械臂需要采用轻量化设计，以减小自身质量，提高运动效率。

2.末端执行器：末端执行器是机械手抓取物体的部分，应设计可自由伸缩的抓取夹具，以适应不同尺寸的物体。

3.传动系统：传动系统是机械手的动力系统，应选择高效可靠的传动装置，如电机和减速器组合，以保证机械手运动的精确性和稳定性。

4.控制系统：控制系统是机械手的智能核心，应具备高速、高精度、可编程的控制器，以实现机械手的自动化操作。

同时，控制系统应提供友好的人机界面，方便操作者使用。

三、操作流程：机械手的操作流程可分为如下几个步骤：1.输入任务指令：操作者通过控制系统输入任务指令，包括抓取位置、力度等参数。

2.开机准备：机械手启动后，进行预热和校准动作，以确保机械手处于正常工作状态。

3.感应物体：机械手的传感器感应物体位置和大小，确定抓取位置和姿态。

4.抓取物体：机械手根据输入的指令和感应到的物体信息，进行相应的运动和力度控制，将物体抓取起来。

5.完成任务：机械手将抓取的物体移动到指定位置，完成任务，并将完成情况通过控制系统反馈给操作者。

电动式关节型机器人机械手的结构设计

电动式关节型机器人机械手的结构设计

电动式关节型机器人机械手的结构设计电动式关节型机器人机械手的结构设计考虑到了机器人的运动能力、精度和稳定性，以下是该结构设计的一般要点：1.关节布局：电动关节机械手由多个关节连接组成，每个关节可以实现自由度的运动。

关节的布局应根据机械手的工作空间和运动需求来确定。

通常，机械手具有旋转关节和直线关节，旋转关节用于实现绕轴的旋转，而直线关节则用于实现沿直线的平移运动。

2.传动系统：机械手关节的运动通常由电机和传动系统驱动。

传动系统可能采用齿轮传动、带传动、蜗轮蜗杆传动等不同的机构形式。

在设计传动系统时，需要考虑到运动范围、速度要求、负载能力和精度要求。

3.传感器与反馈控制：为了保证机械手运动的准确性和稳定性，通常需使用传感器来获取关节位置、力矩和速度等反馈信息。

这些传感器可以包括编码器、力传感器、陀螺仪等。

反馈信息可以用于控制算法中，以校正位置误差、维持力平衡和实现闭环控制。

4.结构材料与强度：机械手在运动过程中要承受各种力和负载，因此需要采用足够强度和刚度的结构材料。

常见的材料包括铝合金、碳纤维复合材料和钢等。

在结构设计中，还应考虑到材料的质量与性能要求的平衡，以及机械手的重量和成本等因素。

5.控制系统：电动关节机械手还需要配备一个控制系统，用于运动规划和控制。

该控制系统可以包括传感器接口、运动控制器、通信模块等。

它可以接收来自传感器的反馈信息，根据预设的任务要求制定运动规划，并通过控制算法控制各个关节的运动。

总而言之，电动式关节型机器人机械手的结构设计需要综合考虑机械手的运动能力、精度和稳定性等因素。

从关节布局、传动系统、传感器与反馈控制、结构材料和强度、控制系统等多个方面进行设计，以满足具体应用的要求。