两自由度机械手设计

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1、黄山学院学院：信息工程学院专业：09机械姓名：梁龙学号：209060710332012/4/61总体方案设计1•两自由度机械手系统设计1.2两自由度机械手机械系统设计思想1.3两自由度机械手的总体方案1.4两自由度机械手的数学描述2两自由度机械手零部件的设计2」机械手驱动电机选型机2.2械手蜗轮蜗杆、齿轮零部件设计2.3机械手轴零部件设计2.4机械手其它零部件设计2.5材料及标准件的选择2.6机械手的庞拟装配参考文献两自由度机械手设计与加工1总体方案设计1.1两自由度机械手系统设计两口山度机械手系统山机械本体结构、伺服驱动系统、西门子810D数控系统等部分组成

2、。1.1.1机械本体结构从机构学的角度來分析，机器手机械结构可以看作由-*系列连杆通过旋转关节（或移动关节）连接起來的开式运动链。1.1.2关节伺服驱动系统机械手本体机械结构的动作靠的是关节報动，机器人的关节驱动大笫是基于闭环控制的原理来进行的。常用的驱动单元是各种伺服电机，宙于一般伺服电机的输出转速很^（1000r/rnin-10000r/min）,输出转矩小，而关节需带动的负载的转速不鬲，负载力矩却不小。因此，在电机与负载之间用一套传动装弦来进行转速和转矩的匹配。木论文仅讨论机械手的机械系统设计•与加工。1.2两自由度机械手机械系统设计思想首先利用UG三维

3、制图软件作为辅助设计工具进行两白由度机械手的机械零件设计，建立三维模型。然后，经虚拟装配后，利用UG软件，生成虚拟样机，进行机械系统虚拟样机分析，分析其运动轨迹及机械寥部件的于涉现象。最后，利用UG软件中的数控加工模块，编写机械零部件的数控加工程序。根据以上工作，便可以实际加工出物理样机。1.3两自由度机械手的总体方案1.3.1机械手自由度的选择机械手运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的白由度。白由度是机械手设计的关犍参数。口由度越名,机械手的灵活性越大，通用性越广,其结构也越复杂。在考虑机械手用途、成本及技术难度等问题后，本论文选择机械手的

4、自山度为2个，末端执行器（夹持器）可以白由开合，能够完成物体的抓、移、放动作。机械手的原理如图1所示。1.3.2机械手机械系统的整体设讣本论文设计的两个自由度机械手由底座、电机.蜗杆.齿轮、左右支掠臂.手臂.旋转盘、轴.夹持器活动节、夹持器周定节、丝杆.等部件组成•机械于整体结构如图2所示。1(R轴17.夹持手16.丝杆电机314、螺育13.手臂4、族转底盘2.电机112■固定舞盖8、蜗杆9、齿轮6、电机2K底盘5、族转盘（内装推力轴承）图2机械手结构视图1・4两自由度机械手的数学描述机械手具育两个自曲度，其末端执行机构位魁相对于机械本体不断的变化。如果要对末

5、端执行器进行精确的控制，则要对其空间位宙进行稱确的描述。应用齐次坐标变换不仅能够对坐标进行描述，也能够表达控制算法、计算机视觉和计算机图形学等问题⑸。2两自由度机械手零部件的设计2.1机械手驱动电机选型木论文对于机械乎的关节驱动机构选用交流伺服电机，由学校提供的3个型号为1FK7032-5AK71-1AG0西门子交流伺服电机。西门子lFK7032・5AK7l・lAGO型电机参数电机外型尺寸图2.2械手蜗轮蜗杆、齿轮零部件设计机械手的关键零部件是蜗杆涡轮、齿轮传动设计，根据电机的外形尺寸把其结构画出，设计的蜗杆、蜗轮参数如下:1.基本参数：(1)模数m和压力角a

6、：在中间平面中，为保证蜗杆蜗轮传动的正确啮合，蜗杆的轴向模数mal和压力角aal应分别相等丁•蜗轮的法面模数血2和压力角ai2,即mal=mt2=maal=at2蜗杆轴向压力角与法向压力角的关系为：tg«a=tgnn/cos丫式中：Y-导程角。(2)蜗杆的分度圆直径dl和直径系数q为了保证蜗杆与蜗轮的正确啮合，要用与蜗杆尺寸相同的蜗杆滚刀来加工蜗轮。由于柑同的模数，可以有许冬不同的蜗杆直径，这样就造成要配备很多的蜗轮滚刀，以适应不同的蜗杆直径。显然，这样很不经济。为了减少蜗轮滚刀的个数和便于滚刀的标准化，就对每一标准的模数规定了一定数虽的蜗杆分度阿立径dl,而

7、把及分度岡11径和模数的比称为蜗杆立径系数q,即：q=dl/m常用的标准模数m和蜗杆分度圆直径dl及直径系数m见匹配表。设计數摇表格3・21FK70额定转速ixs点澈定力矩(100K)额定电流龄止扭矩I：60K)辭止扭矩｛100K)静止电流(60K)样止电流(100K)惯性矩｛带制动器)惯性年〔不帝制动55最佳运行点—用佳转速愷佳功率极限数务最犬允许转速d机尿用大扭矩峰值电流物理常■—申压常■209时妁疑组电阻炭软坯场电率电三时间軸抗扭強度机械时间幣■热#时间常■带制动因的不帝制动爲的厦畳尺寸te5.41FK7CT^^Drive-CUQ-Xu8•氏SF9Sr一

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