1、本科生毕业设计题 目：五自由度机械手结构设计院 （系）： 机械工程学院 班 级： 机电 08-3 姓 名： 田国玉 学 号： 5 指导教师： 陈焕林 教师职称： 讲师 I摘 要本课题设计的多功能机械手为通用机械手，主要由手爪、手腕、手臂、腰部、机座等组成。本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置。具有腰部旋转、大臂仰俯、中臂仰俯、小臂仰俯和腕部旋转 5 个自由度。本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁，单调的操作。如果没有机械手,那么工人的劳动强度是很高的，有
2、时候还要用行车员工件，生产速度大大延缓，这种情况采用机械手是很有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染环境条件上进行操作。更显其优越性，有着广阔的发展前途。关键词：机械手；关节型；五自由度IIAbstractThe design of multifunctional mechanical hand for universal mechanical hand, mainly by the gripper, wrist, arm, fuselage, and base composition, with feeding, reversal and transpositi
3、on of a variety of functions, and according to the automatic line with the unified production cycle time and production program completed more action. The mobile phone body adopts the base type, automatic line around the base layout. With the rotation of the waist, arm pitching, pitching arm, wrist
4、rotation and flexion-extension and 5 degrees of freedom. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level. Industrial production often appears in the heavy work frequently, handling and long-term operati
5、on, if not drab robots that labor intensity is high, sometimes even with employees, driving speed greatly retard, this kind of circumstance using manipulator is very effective. In addition, it can be in high temperature, low temperature, water, the universe, reflective and other toxic, environmental
6、 pollution condition on the operation. More show its superiority, has broad prospects. Keywords: mechanical hand； Five degrees of freedom ；Joint typeIII目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .IIICONTENTS.V第 1 章 绪论 .- 1 -1.1 概述 .- 3 -1.2 国内外发展及研究现状 .- 5 -1.2.1 国内外机械手技术的发展 .- 5 -1.2.2 国内外机械手的应用状况 .- 7 -1.3 本文主要内容 .
7、- 8 -第 2 章 关节型机械手总体设计 .- 9 -2.1 基本技术参数 .- 9 -2.1.1 额定负载 .- 9 -2.1.2 工作范围 .- 10 -2.2 机械结构类型的选择 .- 10 -2.2.1 操作机的驱动系统设计 .- 12 -2.2.2 确定关节型机械手手臂的配置形式 .- 13 -2.3 关节型机械手本体结构设计 .- 14 -2.3.1 机械手本体结构的传动设计 .- 14 -2.3.2 所设计机械手本体结构的特点 .- 15 -2.4 本章主要内容 .- 16 -第 3 章 关节型机械手腰部结构设计 .- 17 -3.1 电动机的选择 .- 17 -3.2 传动系
8、统设计 .- 19 -3.3 主要零部件设计计算 .- 20 -3.3.1 计算各轴转速、转矩和输出功率 .- 20 -3.3.2 确定轴的具体尺寸 .- 20 -3.3.3 轴齿轮传动轴校核 .- 21 -3.4 齿轮的设计 .- 25 -3.4.1 选择材料 .- 25 -IV3.4.2 压力角的选择 .- 25 -3.4.3 齿数和模数的选择 .- 25 -3.4.4 齿宽系数 .- 26 -3.4.5 大齿轮的校核 .- 26 -3.5 轴承的设计与选用 .- 29 -3.5.1 轴承选择的原则 .- 29 -3.5.2 轴承的选用与配合 .- 30 -3.5.3 轴承的校核 .- 3
9、1 -3.6 本章主要内容 .- 33 -第 4 章 机械手大臂、中臂与小臂的设计 .- 34 -4.1 大臂的设计 .- 34 -4.2 中臂的设计 .- 35 -4.3 小臂的设计 .- 37 -4.4 腕部的设计 .- 38 -4.5 减速机和谐波减速器的选择 .- 40 -4.6 本章主要内容 .- 40 -第 5 章 同步带的选择 .- 41 -5.1 同步带的选择及计算 .- 41 -5.1.1 确定计算功率 .- 41 -5.1.2 选择同步带带型 .- 41 -5.1.3 带轮材料的选择 .- 43 -5.2 本章主要内容 .- 43 -第 6 章 夹持式手部结构 .- 44
10、-结 论 .- 46 -致 谢 .- 47 -参考文献 .- 48 -附 录 .- 50 -VCONTENTSTake to .IAbstract .IIIThe first chapter Introduction - 1 -1.1 overview.- 3 -1.2 domestic and foreign research and development.- 5 -1.2.1 Manipulator technology development at home and abroad.- 5 -1.2.2 Manipulator application status at home and
11、 abroad - 7 -1.3 The main content of this article. - 8 -Chapter second joint manipulator Overall design .- 9 -2.1 basic technical parameters.- 9 -2.1.1 Rated load.- 9 -2.1.2 Scope of work .- 10 -2.2 mechanical structure type selection.- 10 -2.2.1 Operating machine driving system design.- 12 -2.2.2 D
12、etermining joint manipulator arm configuration .- 13 -2.3 joint type robot structure design. - 14 -VI2.3.1 Mechanical hand main body structure of the transmission design. - 14 - 2.3.2 Mechanical hand main body structure characteristics - 15 -2.4 the main content of this chapter- 16 -The third chapte
13、r joint-manipulator waist structure design .- 17 -3.1 motor selection - 17 -3.2 transmission system design- 19 -3.3 design of the main parts.- 20 -3.3.1 Calculation of the shaft speed, torque and power input .- 20 -3.3.2 Determination of shaft concrete size- 20 -3.3.3 II shaft driving gear shaft- 21
14、 -3.4 gear design - 25 -3.4.1 Material selection.- 25 -3.4.2 Pressure angle selection- 25 -3.4.3 Tooth number and modulus selection - 25 -3.4.4 Tooth width coefficient. . - 26 -3.4.5 big gear check - 26 -3.5 bearing design and selection. .- 29 -VII3.5.1 Bearing selection principle- 29 -3.5.2 Bearing
15、 selection and cooperation - 30 -3.5.3 Bearing check- 31-3.6 The main content of this chapter- 33 -The fourth chapter mechanical arm in arm, hand and arm design.- 34 -4.1 arm design - 34 -4.2 arm design - 35 -4.3 small arm design- 37 -4.4 wrist design .- 38 -4.5 speed reducer harmonic reducer select
16、ion.- 40 -The fifth chapter of the synchronous belt selection .- 41 -5.1 synchronous belt selection and calculation- 41 -5.1.1 Determine the calculation of power Select. - 41 -5.1.2 Synchronous belt type- 41 -5.1.3 Pulley material selection .- 43 -5.2 The main content of this chapter - 43 -The sixth
17、 chapter clamping type structure of hand .- 44 -VIIIConclusion .- 46 -Thank. .- 47 -Reference .- 48 -Appendix .- 50 - 1 -第 1 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、输送等越来越需要高科技来完成。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。工业机械手由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳
18、定、提高产品质量、提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机械手并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机械手特长的一种拟人的电子机械设备，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精度高，抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是先进制造技术领域不可或缺的自动化设备。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手，就其本质上来说，属于工业机器人的范畴，机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果，体现了光机电一体化技术的最新成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国
