多关节机械手爪设计

目 录
摘 要 1
Abstract 2
第1章 绪论 4
1.1 选题背景 4
1.2 设计目的 4
1.3 国内外研究现状和趋势 5
1.4 设计原则 6
第2章 设计方案的论证 6
2.1机械手的总体设计 6
2.1.1 机械手总体结构的类型 6
2.1.2 设计具体采用方案 7
2.2 机械手腰座结构的设计 8
2.2.1 机械手腰座结构的设计要求 8
2.2.2 设计具体采用方案 8
2.3 机械手手臂的结构设计 9
2.3.1 机械手手臂的设计要求 9
2.3.2 设计具体采用方案 10
2-4 臂部结构示意图 11
2.4 机械手腕部的结构设计 11
2.4.1 机器人手腕结构的设计要求 11
2.4.2设计具体采用方案 12
2.5机械手末端执行器（手爪）的结构设计 12
2.5.1机械手末端执行器的设计要求 12
2.5.2机器人夹持器的运动和驱动方式 13
2.5.3 机器人夹持器的典型结构 13
2.5.4设计具体采用方案 14
2.6机械手的机械传动机构的设计 14
2.6.1工业机器人传动机构设计应注意的问题 14
2.6.2工业机器人常用的传动机构形式 15
2.6.3 设计具体采用方案 18
2.7机械手驱动系统的设计 18
2.7.1机器人各类驱动系统的特点 18
2.7.2工业机器人驱动系统的选择原则 19
2.7.3机器人液压驱动系统 19
2.7.4 机器人气动驱动系统 20
2.7.5机器人电动驱动系统 21
2.7.6设计具体采用方案 24
2.8 机器人手臂的平衡机构设计 24
2.8.1机器人平衡机构的形式 24
2.8.2设计具体采用的方案 25
第3章 理论分析和设计计算 26
3.1液压传动系统设计计算 26
3.1.1确定液压系统基本方案 26
3.1.2确定液压系统的主要参数 26
3.1.3计算和选择液压元件 29
3.2 电机选型有关参数计算 30
3.2.1有关参数的计算 30
3.2.2电机型号的选择 31
结 论 34
参考文献 35
致 谢 37
2.2 机械手腰座结构的设计
进行了机械手的总体设计后，就要针对机械手的腰部、手臂、手腕、末端执行器等各个部分进行详细设计。
2.2.1 机械手腰座结构的设计要求
工业机器人腰座，就是圆柱坐标机器人，球坐标机器人及关节型机器人的回转基座。它是机器人的第一个回转关节，机器人的运动部分全部安装在腰座上，它承受了机器人的全部重量。在设计机器人腰座结构时，要注意以下设计原则：
1.腰座要有足够大的安装基面，以保证机器人在工作时整体安装的稳定性。
2.腰座要承受机器人全部的重量和载荷，因此，机器人的基座和腰部轴及轴承的结构要有足够大的强度和刚度，以保证其承载能力。
3.机器人的腰座是机器人的第一个回转关节，它对机器人末端的运动精度影响最大，因此，在设计时要特别注意腰部轴系及传动链的精度与刚度的保证。
4.腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器（电动、液压及气动）及减速器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。
5.腰部结构要便于安装、调整。腰部与机器人手臂的联结要有可靠的定位基准面，以保证各关节的相互位置精度。要设有调整机构，用来调整腰部轴承间隙及减速器的传动间隙。
6.为了减轻机器人运动部分的惯量，提高机器人的控制精度，一般腰部回转运动部分的壳体是由比重较小的铝合金材料制成，而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成。
2.2.2 设计具体采用方案
腰座回转的驱动形式要么是电机通过减速机构来实现，要么是通过摆动液压缸或液压马达来实现，目前的趋势是用前者。因为电动方式控制的精度能够很高，而且结构紧凑，不用设计另外的液压系统及其辅助元件。考虑到腰座是机器人的第一个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。一般电机都不能直接驱动，考虑到转速以及扭矩的具体要求，采用大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大。因为齿轮传动存在着齿侧间隙，影响传动精度，故采用一级齿轮传动，采用大的传动比（大于100），同时为了减小机械手的整体结构，齿轮采用高强度、高硬度的材料，高精度加工制造，尽量减小因齿轮传动造成的误差。腰座具体结构如图2-3所示：

图2-3 腰座结构图