机械手的设计与研究

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1、机械手的设计与研究摘要：考虑到步进电机的转矩较大，步距角较小，容易控制，所以在动力装置上选择了混合式步进电机，通过对混合式步进电机的控制使机械手完成旋转和上下摆动三个自由度上的动作，并且采用液压驱动，使各个关节的摆臂得以按照预定的设计活动。详细信息参见正文和相关的主要图纸。关键词：机械手；混合式步进电机；自由度；液压驱动；定位；摆臂在前些时候的机械设计课题中，我们小组进行了机械手设计上的研究，现在，我就根据我们对于这个课题的研究，写一下在这个课题中我们小组所做出的工作，以及在研究中所取得的创新性研究成果。虽然研究并没有取得什么奖项，但是在研究中还是很好的运用了

2、我们平时在机械设计和CAD课上的专业知识，不仅很好的锻炼了我们的动手能力，同时也增加了我们的专业知识。下面就是我们在这个课题中的研究：1.设计的意义与作用机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越

3、广泛地得到了应用。在工业生产过程中，尤其在自动流水线上，零件的加工和搬运都可能用到机械手。2.设计的主要参数座标型式：球坐标     自由度数：3个     手臂回转范围：0°-180°     手臂回转速度：90°／S     手臂的俯仰范围：0°-180°     驱动方式：直流步进电机驱动和液压驱动     控制方式：通过对电机电信号频率的控制来控制手臂移动     定位方式：手臂回转的两端位置用已固定的的定位螺母和档条定位     手臂俯仰两端点：在设计中将端盖伸出来定位手臂的上端极限位置和下端极限位置。3.设计过程3.1步进电机的选择首先，我们先设计

4、机械手中的动力环节，对此，我们采用了多个方位的直流步进电机，通过控制每个方位的步进电机的运动，来控制每个自由度上机械手的运动。而在步进电机的选择上，经过我们对几种步进电机的选择和认真的考虑，我们选择了混合式的步进电机（四相200步的步进电机）。之所以采用混合式步进电机主要是因为：通常对于给定体积的电机，混合式电机所产生的转矩比其他的电机产生的转矩大，加上混合式步进电机的步距角相对而言比较小，所以更有利于我们对于机械手的各个方向上的自由度的控制。以下是混合式步进电机的局部剖面图：3.2传动系统的设计由于对于机械手的传动系统并不是很熟悉，所以我们去金工实习中心去参

5、考了下，参照那里的一台机械手的传动系统的轴系，再根据我们的实际情况，我们画出了一系列的传动系统的CAD图，虽然在实际的装配中还是存在很多问题。下面就把主要的零部件的图截下来：（一）：步进电机传动轴：（二）：摇摆主轴上齿轮的三位视图：该轴之所以在两边的壁板上开了许多的孔，主要是为了方便两边的固定方便，同时还可以很好的进行停机状态下的调位。（三）固定在基座上的第一节的固定摆臂：该零件固定在基座上，上面的孔径是用来装旋转轴的。这样可以控制轴的转动来是下一节的摆臂，进行来会的摆动。而该零件又固定在一个可以旋转的基座上，这样就可以进行横向的自由度控制。另外，在该零件上还

6、将开孔是液压的驱动得以进行。（四）：基座上用来进行旋转的轴这个轴纵向固定在基座上，主要用来进行周转，完成回转方向上的自由度。其最大可以旋转180度，它的两个极限位置，分别被旋转摆臂与固定的定位螺母限制。（五）手臂最前端的加持零件图：4.总结我们的零件完成后曾经想过把我们设计的东西做出来，但是在询问了相关的老师后发现在工艺设计上，和零件的搭配上还是有很多的不足，同时也考虑到相关的安全问题。所以最后还是没能将零件最终的完成，很是遗憾，但是我们很有兴趣在以后的学习中将它不断的完善。甚至有一天我们能把我们自己的东西动手做出来。参考文献[1]朱龙根，机械系手设计，北京：

7、机械工业出版社，2004.[2]左健昆，液压与气压传动，北京：机械工业出版社，2005.[3]彰银同，工业机械手设计基础，天津科学技术出版社，1998.[4]徐灏，机械手设计手册，机械工业出版社，1993.[5]何存兴，机械手原理分析，机械工业出版社，1999.