靈巧手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-仿生類含ProE三維及13張CAD圖

靈巧手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-仿生類含ProE三維及13張CAD圖,靈巧,手指,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),仿生,ProE,三維,13,CAD 靈巧手指結(jié)構(gòu)Pro/E設(shè)計(jì)摘 要靈巧手是一款非常不一樣的末端執(zhí)行裝置，文中介紹目前國內(nèi)和國外對它的研究狀況，另外還分析其發(fā)展現(xiàn)狀，以及將來的發(fā)展前景進(jìn)行介紹。此中說過，它的外形有點(diǎn)像人類的手部，收集一些人手的數(shù)據(jù)，機(jī)械設(shè)計(jì)之時(shí)，改善人手的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出和人類手指相差不大的機(jī)械手指，并且還分析它的自由度，求算相關(guān)數(shù)據(jù)，對于機(jī)械手指活動(dòng)范圍沒有多大影響時(shí)，盡量少一些自由度，對于設(shè)計(jì)而言，有很多益處。此后，分析在系統(tǒng)回路中使用不一樣的驅(qū)動(dòng)狀況，針對不一樣的傳動(dòng)系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢，缺點(diǎn)分析。論文起先分析靈巧機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，工作原理，之后給出設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的架構(gòu)，此后計(jì)算出機(jī)械手的主要數(shù)據(jù)，予以選用，緊接著設(shè)計(jì)主要零部件，并且對其校核，最后以軟件CAD將機(jī)械手的裝配圖，主要零件圖畫出，以軟件Pro/E將立體模型建出。關(guān)鍵字：靈巧手；末端執(zhí)行；手部；自由度；電動(dòng)機(jī) AbstractSmart Hand is a very different end-effector. This paper introduces the research status of Smart Hand both at home and abroad. In addition, it also analyses its development status and future development prospects.In this article, it is somewhat like the shape of human hands. It collects some data of human hands. When designing a machine, it improves the data of human hands, designs a mechanical finger which is not much different from human fingers, and also analyses its degree of freedom to calculate the relevant data. When the range of motion of the mechanical finger is not greatly affected, there are as few degrees of freedom as possible. For the design, there are many.Benefit.Thereafter, the different driving conditions used in the system circuit are analyzed, and the advantages and disadvantages of different transmission systems are analyzed.First, the paper analyses the structure and working principle of the smart manipulator, then gives the design scheme, designs the structure of electric motor, then calculates the main data of the manipulator, selects them, designs the main parts and checks them, finally draws the assembly drawing and main parts drawing of the manipulator by software CAD, builds the stereo model by software Pro/E.Key words: Smart hand; End execution; Hand; Degree of freedom; Motor目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒 論11.1研究背景及意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)況1第2章 總體方案設(shè)計(jì)32.1設(shè)計(jì)要求32.2靈巧手功能分析32.2.1仿人手分析32.2.2自由度分析32.3各類架構(gòu)方案分析32.3.1液壓關(guān)節(jié)架構(gòu)方案32.3.2氣動(dòng)關(guān)節(jié)架構(gòu)方案62.3.3電動(dòng)關(guān)節(jié)架構(gòu)方案62.3.4驅(qū)動(dòng)方案的選擇8第3章 設(shè)計(jì)計(jì)算103.1 電動(dòng)機(jī)的選擇103.1.1根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào)103.1.2啟動(dòng)矩頻特性校核113.2絲桿螺母副的選型與校核123.2.1型號(hào)選擇123.2.2校核計(jì)算133.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)133.3.1齒輪尺寸計(jì)算133.3.2 輪齒強(qiáng)度計(jì)算143.4其他參數(shù)設(shè)計(jì)15第4章基于Pro/E的三維設(shè)計(jì)174.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件簡介174.2三維設(shè)計(jì)174.2.1絲杠設(shè)計(jì)174.2.2齒輪174.2.3推桿、推桿筒體184.2.4支座184.2.5手指指節(jié)、指頭194.2.6手掌前蓋、后蓋194.2.7三維裝配19總 結(jié)20參考文獻(xiàn)21致 謝22III靈巧手指結(jié)構(gòu)Pro/E設(shè)計(jì)第1章 緒 論1.1研究背景及意義近些年，高新科技密集程度較高的一款機(jī)電一體化產(chǎn)品就是機(jī)器人。如今，科研人員重點(diǎn)研究多指靈巧手的抓取，把持，協(xié)調(diào)、控制位置。機(jī)械手對人手動(dòng)作模仿，能夠傳送物料，裝卸零件，更換刀具，另外還能實(shí)現(xiàn)裝配機(jī)械，這些工作全部都是自動(dòng)開展，使用機(jī)械手以后，有效將加工效率提升，折算到每一個(gè)產(chǎn)品上的成本投入減少不少。即使是一些環(huán)境非常惡劣的地方，比如溫度很高或者很低，壓力很高或者很低，有發(fā)射性物質(zhì)，或者有毒的環(huán)境，機(jī)器人都能夠正常開展工作，不必考慮安全性，對于人類而言，工作環(huán)境得以改善。有一些重復(fù)性的工作，尤其是非常繁重的一些工作，機(jī)械手模仿人手去開展工作，能夠?qū)⑷祟悘姆敝氐膭趧?dòng)中解脫出來，避免太過繁重的重復(fù)工作中發(fā)生安全事故，避免不必要的人員傷亡。所以，會(huì)在一些綜合生產(chǎn)線上設(shè)置機(jī)械手，盡量少聘用人工，運(yùn)用機(jī)械手以后，能夠更好把控加工節(jié)奏，結(jié)合此前展述，使用模仿人手的機(jī)械手開展生產(chǎn)，是將來機(jī)械工業(yè)的趨勢所在。靈巧手不斷向前發(fā)展，科研人員，加工單位對它越來越重視，很多行業(yè)中都開始運(yùn)用靈巧手。不斷發(fā)展的技術(shù)，不斷完善的理論基礎(chǔ)，在很多行業(yè)中都可以看到靈巧手的身影，并且一直在對其探索，研發(fā)，自有靈巧手誕生開始，對它的研發(fā)從來沒有停止過，不光有技術(shù)層面的，還有理論中的。全球經(jīng)濟(jì)一體化程度越來越高，對于各行各業(yè)而言，都是機(jī)遇和挑戰(zhàn)共存，靈巧手而言，也是發(fā)展的關(guān)鍵關(guān)頭，因?yàn)楹芏喙ぷ鞫伎梢赃\(yùn)用靈巧手去完全，完全取代人類。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)況執(zhí)行工作時(shí)，機(jī)器人就好比人類的手一樣，需要和周邊的環(huán)境有接觸，最開始發(fā)展機(jī)器人的時(shí)候，用在機(jī)械加工行業(yè)，早期的機(jī)器人主要幫助上料，下料，工作內(nèi)容非常單一，且夾持器的手指只有兩個(gè)，技術(shù)一直向前發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人開始在很多行業(yè)運(yùn)用，幾百種類別的機(jī)械手被研發(fā)出，都被叫做末端執(zhí)行器，各式各樣的工作都可以機(jī)械手來操作，從加工輪胎，玻璃，到機(jī)械零配件都可運(yùn)用機(jī)械手，雖然如此，對于機(jī)器人的使用來說，末端機(jī)械手是一種受到約束的存在。所以，研發(fā)更多使用途徑的靈巧手的需求應(yīng)運(yùn)而生。眼下在一些發(fā)達(dá)國家，已經(jīng)研發(fā)出模范人類的機(jī)械手，具有視覺還有觸覺。他們正在加快速度，研發(fā)第二代模仿人類的機(jī)械手，將很多的傳感器安裝在機(jī)械手上，還配備微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，讓機(jī)械手能夠?qū)χ苓叚h(huán)境感知，將感受到的信息傳送到信息控制系統(tǒng)，讓機(jī)械手和人類一樣能夠有感知能力。此后，第三代仿照人類的機(jī)械手也在發(fā)達(dá)國家誕生，在進(jìn)行工作的時(shí)候，能夠獨(dú)立完成任務(wù)。一直能夠持續(xù)和電子計(jì)算機(jī)，顯示屏聯(lián)系，慢慢的發(fā)展出柔性系統(tǒng)以及柔性加工單元，機(jī)械手用來搬運(yùn)的，能夠很快，很精準(zhǔn)的完成工作，對于機(jī)械手需要它具備承受能力，有足夠的工作空間，并且反應(yīng)非?？欤确浅８?，不管在什么地點(diǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)定位。對氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)之時(shí)，務(wù)必要滿足：對工作對象所處環(huán)境進(jìn)行分析，知道工作的結(jié)構(gòu)，外形以及所用原料的特征，定位時(shí)精度有多高要求，實(shí)現(xiàn)抓取以及搬運(yùn)之時(shí)，作用力的特征，規(guī)格還有質(zhì)量數(shù)據(jù)等，繼而能夠有效控制機(jī)械手，并且對它的結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定，最好選用的零配件都是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)過程不能太過復(fù)雜，不光具有通用性，還具有專用型，繼而最終能夠?qū)嵤┚幊炭刂?，且進(jìn)行柔性轉(zhuǎn)換。歐洲一直處在靈巧手研究的前沿，帶著別的國家對此技術(shù)開展研究，歐洲眾多的國家里面，技術(shù)處于領(lǐng)導(dǎo)地位的是英國，德國還有意大利，除了歐洲國家，美國也是很早便開始研究靈巧手。機(jī)械手為多指型式，多用在人體上做假肢，上世紀(jì)70年代開始研發(fā)靈巧手，將近有十年的時(shí)間里面，靈巧手的發(fā)展極其之快，導(dǎo)致加工的靈巧手是多指的，涵蓋美國人研發(fā)的Utah/MIT手，和人手非常的相像，人手能夠?qū)崿F(xiàn)的動(dòng)作，靈巧手均可完成。世界上最為先進(jìn)的靈巧手有意大利的DIST手，德國的DLR手，這些機(jī)械手智能水準(zhǔn)很高，集成化程度很高，是一個(gè)典型的產(chǎn)品。中國境內(nèi)，只有北京航空大學(xué)針對靈巧手開展研究，中國此方面空白被調(diào)補(bǔ)，此后哈工大研發(fā)靈巧手，擁有四根手指，另外每一個(gè)手指上有四個(gè)關(guān)節(jié)，一個(gè)手的自由度有12個(gè)，此款靈巧手和人手非常相像，另外安裝較多感知系統(tǒng)在末端。第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求對靈巧手所用不一樣的驅(qū)動(dòng)方式對比，有電機(jī)式，液壓式還有氣壓式，分析之后，以三維軟件Pro/E建立靈巧手的模型。2.2靈巧手功能分析2.2.1仿人手分析靈巧手比照人手設(shè)計(jì)，模仿人體手指的肌肉，神經(jīng)還有手骨等，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手的自由度，滿足其對驅(qū)動(dòng)所需。人手有五個(gè)手指，其中四個(gè)手指指節(jié)有四個(gè)，關(guān)節(jié)有三個(gè)，但是大拇指的關(guān)節(jié)兩個(gè)。關(guān)節(jié)的自由度時(shí)一個(gè)，能夠圍繞軸實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，會(huì)有肌腱存在于指骨之上，因?yàn)榧‰斓倪B接帶動(dòng)每一個(gè)指骨，人手能夠進(jìn)行抓取，握緊等動(dòng)作，指骨每一個(gè)關(guān)節(jié)都會(huì)進(jìn)行動(dòng)作，最特別的是大拇指，它的關(guān)節(jié)式雙軸鞍，如此大拇指能夠彎曲、轉(zhuǎn)動(dòng)，手若想實(shí)現(xiàn)各款動(dòng)作此關(guān)節(jié)非常重要，別的四個(gè)手指在雙軸鞍狀關(guān)節(jié)的連接下，和手掌聯(lián)系在一起，不過此時(shí)的擺動(dòng)僅為小幅度的，故此若想設(shè)計(jì)便利，此處的關(guān)節(jié)被看做單軸。設(shè)計(jì)之時(shí)，著重在意大拇指關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，別的四個(gè)手指，他們所進(jìn)行的動(dòng)作是為單軸轉(zhuǎn)動(dòng)，很簡單。2.2.2自由度分析普通人生活當(dāng)中，人手所起作用非常大，手指很靈活，可開展較多精細(xì)程度的工作，因?yàn)樾枰芨叩淖杂啥?，對于手指而言，它的自由度直接關(guān)系到手指能否靈巧操作。設(shè)計(jì)拇指時(shí)，和別的手指一樣自由度有四個(gè)，一個(gè)橢球關(guān)節(jié)為雙自由，還有兩個(gè)樞紐關(guān)節(jié)有兩個(gè)單自由度，如此整個(gè)機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)的自由度有20個(gè)，在機(jī)械手腕之上存在三個(gè)自由度，整個(gè)手的自由度有24個(gè)。只是機(jī)械手腕和手掌最底部所開展的運(yùn)動(dòng)是相對的，所以設(shè)計(jì)時(shí)注意難度高低，另外實(shí)際操作中是否有必要，此處不需注意手腕自由度，圖中有模擬展示。2.3各類架構(gòu)方案分析2.3.1液壓關(guān)節(jié)架構(gòu)方案（1）手掌、手背設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)手掌、手背時(shí)，秉持著方便的要求后，在比照人手的規(guī)格、數(shù)據(jù)開展，方便后期固定手指節(jié)，安設(shè)一個(gè)固定孔在手背之上。 圖2.1 手指連接處 圖2.2 手掌、手背（2）遠(yuǎn)指節(jié)、中指節(jié)的設(shè)計(jì)一個(gè)手共有手指五個(gè)，只有大拇指的指節(jié)為三個(gè)，別的四個(gè)手指里面，中遠(yuǎn)節(jié)指骨和中節(jié)指骨相連的關(guān)節(jié)，靈活性不好。為了設(shè)計(jì)流程盡量簡單，此處遠(yuǎn)指節(jié)以及中指節(jié)當(dāng)做一個(gè)整體，兩個(gè)中間會(huì)有一個(gè)角度出現(xiàn)，人手較為自然的狀況下，自然垂落的手指在30，此時(shí)設(shè)計(jì)角度在150，但是大拇指的關(guān)節(jié)為兩個(gè)，此處設(shè)計(jì)拇指的遠(yuǎn)指節(jié)規(guī)格，只要對一個(gè)設(shè)計(jì)就好，下圖中展現(xiàn)。 圖2.3 普通手指 圖2.4 大拇指（3）近指節(jié)的設(shè)計(jì)此處若想簡單的設(shè)計(jì)，四個(gè)手指當(dāng)中還有兩個(gè)關(guān)節(jié)剩下，驅(qū)動(dòng)以一個(gè)液壓缸開展，以液壓缸往回收縮去設(shè)計(jì)手指關(guān)節(jié)，以固定點(diǎn)為中心，遠(yuǎn)指圍繞它進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，抵達(dá)極限地點(diǎn)之后，中指還有遠(yuǎn)指關(guān)節(jié)接著會(huì)被拉扯。 圖2.5 近指節(jié) 圖2.6 近指節(jié)連接圖中展現(xiàn)液壓缸和近指節(jié)相連接的地方，圖中黃色部分就是，此處因?yàn)橐簤焊椎氖湛s作用，會(huì)有力作用于近指節(jié)之上，跟著近指節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)改變，圖中展現(xiàn)黃色連接的地方，其之組成有三部分。但是手背連接中指節(jié)以及遠(yuǎn)指節(jié)，是以灰色連桿來實(shí)現(xiàn)，如此中指節(jié)以及遠(yuǎn)指節(jié)能夠以手背上固定孔為中心，跟著近指節(jié)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖2.7 液壓缸和近指節(jié)連接 2.8 手背連接中指節(jié)此上是為玩去處，因?yàn)辄S色連接的分力方向由改變，伸直部分會(huì)導(dǎo)致指節(jié)無法伸直，加裝一個(gè)能夠回復(fù)的彈簧在近節(jié)指骨以及中節(jié)、遠(yuǎn)節(jié)指骨連接的地方，這樣伸直手指能夠便利的多。圖2.9 復(fù)位彈簧（4）液壓缸的設(shè)計(jì)比照人手的掌部骨頭，在手掌骨的地方安排液壓缸，設(shè)計(jì)手掌以及手背為空心的，并且需要在手掌連接手背的地方，設(shè)計(jì)一個(gè)孔，方便輸入液壓缸的液體。 圖2.10 油缸布置 圖2.11 液壓管通道2.3.2氣動(dòng)關(guān)節(jié)架構(gòu)方案（1）設(shè)計(jì)靈感來源手指基本實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作是抓取，一定要玩去手指，此處彎曲后角度最大在90，借鑒手風(fēng)琴的關(guān)節(jié)，將機(jī)械手設(shè)計(jì)為和手風(fēng)琴差不多的形狀。固定好下端，上端能夠加大，如此一來，機(jī)械手指能夠彎曲90。（2）手指、手掌的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)手指關(guān)節(jié)的形狀就好像手風(fēng)琴的風(fēng)箱，上側(cè)能夠充氣膨脹，下端的他限制會(huì)被限制，如此方可彎曲手指。設(shè)計(jì)手指關(guān)節(jié)為中空，將氣體管安排在內(nèi)部，設(shè)計(jì)手掌還有近指節(jié)連接的地方和他一樣。設(shè)計(jì)手掌還有手背的時(shí)候，依舊借鑒設(shè)計(jì)液壓之處，需要安排一個(gè)孔在其上，便于連接氣動(dòng)裝置。 圖2.12氣缸 圖2.13 氣缸管通道2.3.3電動(dòng)關(guān)節(jié)架構(gòu)方案（1）設(shè)計(jì)靈感來源解刨學(xué)的有關(guān)專業(yè)知識(shí)，可知手掌面主要有屈指肌腱和腱滑液鞘、手機(jī)以及它們的血管、神經(jīng)。唯有肌腱收縮，才能夠讓手指進(jìn)行彎曲還有伸直。所以需要將電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪，蝸桿傳動(dòng)部分展開設(shè)計(jì)，他們要結(jié)合肌腱開展。會(huì)有軸關(guān)節(jié)連接處在每一個(gè)指關(guān)節(jié)那里，確保電機(jī)輸出之力夠大，此處電機(jī)當(dāng)用直流無刷式。（2）手掌的設(shè)計(jì)因?yàn)槿耸稚夏粗傅慕腹?jié)連接掌骨的時(shí)候，存在的自由度有兩個(gè)，可彎曲，可轉(zhuǎn)動(dòng)，別的四個(gè)手指會(huì)對動(dòng)作有一定影響，另外若想設(shè)計(jì)便利，故此四指近指節(jié)連接掌骨之時(shí)，自由度只有一個(gè)，此處手掌上拇指，對一個(gè)軸固定進(jìn)行設(shè)計(jì)，此處連接以齒輪實(shí)施，如此拇指便可實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)。 圖2.14 拇指固定孔 圖2.15 拇指（3）手指的設(shè)計(jì)一共有五個(gè)手指，其中四個(gè)手指中皆與液壓的一致，改變的是驅(qū)動(dòng)，此處齒輪以電機(jī)帶動(dòng)，傳送到蝸輪蝸桿上，使蝸桿伸縮實(shí)現(xiàn)與液壓缸一樣的效果。 圖2.16 普通手指布置 圖2.17 蝸桿布置1此處的蝸桿不同于液壓缸，需要固定一個(gè)電機(jī)，需要對固定架進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓蝸桿、電機(jī)一起固定，于手背之上固定固定架。 圖2.18 蝸桿布置2 圖2.19 蝸桿固定架2.3.4驅(qū)動(dòng)方案的選擇遵照動(dòng)力源的不一樣，劃分機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)有：液壓，氣動(dòng)以及電動(dòng)。組合此三種成為不一樣的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，他們的特征為： （1）液壓驅(qū)動(dòng)因?yàn)橐簤杭夹g(shù)已經(jīng)相對成熟，其之動(dòng)力很大，有較大力還有慣量比，回應(yīng)速度非?？?，能開展直接驅(qū)動(dòng)等，在一些較大承受能力，較大慣量，還有易燃易爆的環(huán)境中能夠工作。只是，液壓系統(tǒng)務(wù)必要轉(zhuǎn)換能量，轉(zhuǎn)換電能為氣壓能，很多時(shí)候以節(jié)流來實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)整，和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，效率要差的多，會(huì)有液體從液壓系統(tǒng)中漏出，破壞環(huán)境，工作中會(huì)有較大噪聲出現(xiàn)。（2）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)速度非常快，系統(tǒng)的構(gòu)造不復(fù)雜，修理很便利，價(jià)位也不高等。在一些負(fù)荷不大的機(jī)器人中可使用，因?yàn)闊o法開展伺服控制，基本上所用的機(jī)器人都以程序進(jìn)行控制，舉例來說在上料，下料以及沖壓機(jī)器人使用甚多。（3）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)因?yàn)榻涣?、直流伺服電機(jī)的慣量不大，轉(zhuǎn)矩很大，和其匹配的伺服驅(qū)動(dòng)器所用甚多，機(jī)器人中大范圍使用此類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它能夠轉(zhuǎn)換能量，用起來便利，工作中不會(huì)有太大噪聲，開展靈活的控制。很多電機(jī)安裝好之后，還需安裝非常精密的傳動(dòng)部分。在一些防爆環(huán)境當(dāng)中不能直接使用直流有刷電機(jī)，投入資金來看，和別的驅(qū)動(dòng)而比，投入資金更多。鑒于此款驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有非常優(yōu)越的優(yōu)勢，所以很多用于機(jī)器人之中。表2.1 各種控制方式的比較項(xiàng)目氣壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)電氣傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜復(fù)雜較復(fù)雜安裝自由度大大中小輸出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高動(dòng)作速度大稍大大小響應(yīng)速度慢快快中清潔度清潔可能污染清潔較清潔維護(hù)簡單比液動(dòng)復(fù)雜需要專門技術(shù)簡單價(jià)格一般稍高高一般技術(shù)要求較低較高最高較低控制自由度大大中小危險(xiǎn)性幾乎沒問題注意火一般無問題無特殊問題液壓驅(qū)動(dòng)最大的好處：可對很大力傳送，除了這些傳送之力非常穩(wěn)定，可傳送較遠(yuǎn)距離，只是傳送之時(shí)速度不快，缺陷就在于，使用的是工作液油，多少會(huì)有泄露出現(xiàn)，如此對環(huán)境而言多少會(huì)有影響，并且還會(huì)讓油管出現(xiàn)膨脹泄露的狀況，只要油管密封效果變差，導(dǎo)致虧損壓力，出現(xiàn)不精準(zhǔn)的傳動(dòng)比。溫度即是非常高，相比較液壓以及電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，氣動(dòng)依舊能夠開展工作。只是壓縮空氣有很多的不確定性，必然會(huì)干涉速度。氣缸運(yùn)動(dòng)速度很慢，導(dǎo)致出現(xiàn)較差的速度穩(wěn)定性，速度較慢的話，多少會(huì)受到摩擦力的干擾。另外相比較液壓驅(qū)動(dòng)，氣缸輸出力要小很多，并且工作中噪聲非常大。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢，因?yàn)橛泻芨呔珳?zhǔn)性，動(dòng)力是為典禮，齒輪被帶著轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而可傳送力，也可改變力的方向。另外，還可對電力節(jié)省，如今電力的獲得渠道較多，所以使用頻率較高，在使用電的流程中，不會(huì)有太大耗損。另外電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制非常緊密，能夠很快達(dá)到所需要的地點(diǎn)，如此可以讓執(zhí)行零件實(shí)現(xiàn)開啟以及停止，并且所停位置就是需要的地點(diǎn)。運(yùn)用電能還有很多別的好處，污染不大，冷卻液也可不用，噪聲小等。據(jù)此前進(jìn)行的展述，文中的方案當(dāng)為電動(dòng)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)。第3章 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇靈巧手仿照人手開展工作，作為它的驅(qū)動(dòng)，不光要需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)擁有較高的可靠性，有很快的速度調(diào)整區(qū)間，還擁有轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比，因?yàn)殡娫垂β蕰?huì)干擾到電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特征，需要驅(qū)動(dòng)有較寬的的高效率區(qū)舊J。歷年來舉辦很多屆機(jī)器人大賽，這些機(jī)器人所運(yùn)用的電機(jī)類別有三款：步進(jìn)電機(jī)，直流電機(jī)，直流伺服電機(jī)。對矩形波信號(hào)接收的電機(jī)為步進(jìn)型，可對轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行傳送，精準(zhǔn)度很高，缺陷在于功率較小；電機(jī)為直流型，它的響應(yīng)速度非?？?，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大，轉(zhuǎn)動(dòng)速度從0到額定轉(zhuǎn)速，能夠給予額定轉(zhuǎn)矩，則電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場須恒維持90，需要電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)之時(shí)，碳刷還有整流子會(huì)有火花出現(xiàn)，碳粉的存在，會(huì)讓組件出現(xiàn)損傷，還會(huì)限制運(yùn)用的場地；伺服電機(jī)有大有小，能夠?qū)Σㄐ坞娦盘?hào)進(jìn)行傳送，有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)誤差，需要對校正回路加裝，能夠?qū)φ`差補(bǔ)正。結(jié)合此前展述，步進(jìn)電機(jī)的控制有難度，慣性很大的是直流電機(jī)，這些缺陷唯有舵機(jī)能夠克服掉，當(dāng)運(yùn)用舵機(jī)。其實(shí)舵機(jī)也是一款位置伺服驅(qū)動(dòng)器，角度需要不停改變的較為合適，另外還能夠維持控制系統(tǒng)。舵機(jī)為一款較為典型的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，和別的電機(jī)箱體，型號(hào)選用之時(shí)還需注意力矩以及工作時(shí)的電壓等，結(jié)合此前展述，市面上所銷售的舵機(jī)基本合乎所求，遵照舵機(jī)的價(jià)位以及品質(zhì)，最終當(dāng)為Futaba$3003型，如下流程對電機(jī)選用：3.1.1根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào)(1)步距角對電機(jī)型號(hào)選用，手冊當(dāng)中找尋一番，可有步距角,在于再三思率之后，當(dāng)用，合乎此關(guān)系式。(2)距頻特性步進(jìn)電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩的最大值，就是說電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩，它的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩之間的聯(lián)系為：Mmq=電機(jī)啟動(dòng)并未有其他外在的工作載荷，就是步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)。如下關(guān)系式能夠求算出電機(jī)需要多大的空載啟動(dòng)力矩：起先對電機(jī)型號(hào)選用之時(shí)，理當(dāng)合乎步進(jìn)電機(jī)所需要的空載啟動(dòng)力矩要比步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩還要?。?MkqMmq=Mjmax將Mkq每一項(xiàng)力矩算出：加速力矩空載摩擦力矩附加摩擦力矩3.1.2啟動(dòng)矩頻特性校核步進(jìn)電機(jī)的工況有三：開啟，快速進(jìn)給還有工進(jìn)運(yùn)行。此前所給出，針對剛對電機(jī)選用之后，查驗(yàn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否匹配所需，并不可確保啟動(dòng)電機(jī)之時(shí)會(huì)有丟步狀況出現(xiàn)，所以還需校核啟動(dòng)矩頻特性。啟動(dòng)之時(shí)，步進(jìn)電機(jī)存在突跳啟動(dòng)、升速啟動(dòng)。突跳啟動(dòng)會(huì)出現(xiàn)較大加速力矩，開啟之時(shí)，必然會(huì)有丟步出現(xiàn)，所以使用的并不多。在升速啟動(dòng)之時(shí)，如果很長的時(shí)間進(jìn)行升速，啟動(dòng)流程非常緩慢，加速力矩處于空載啟動(dòng)力矩當(dāng)中相對較小，屆時(shí)丟步的狀況亦不會(huì)出現(xiàn)。3.2絲桿螺母副的選型與校核加工絲杠的單位較為專業(yè)，故此，設(shè)計(jì)務(wù)必自己開展，唯有依據(jù)運(yùn)用時(shí)實(shí)際狀況來對結(jié)構(gòu)進(jìn)行選用，此后依據(jù)載荷，轉(zhuǎn)動(dòng)速度對型號(hào)予以選用，之后對生產(chǎn)廠家購買。此中設(shè)計(jì)之時(shí)，絲杠會(huì)選用三次，作為設(shè)計(jì)者，此次選用的絲杠是用在最為關(guān)鍵的主軸傳動(dòng)之中，需要對其設(shè)計(jì)、校核。其之流程： 第一步，需要詳細(xì)說明某些數(shù)據(jù)： 軸向變載荷，此中i-第i個(gè)工作載荷，i=1、2、3n ；匹配第i個(gè)載荷轉(zhuǎn)動(dòng)之時(shí)速(r/min);匹配第i個(gè)載荷應(yīng)征的時(shí)間 (h) ;絲杠移動(dòng)之時(shí)，最快的時(shí)速(mm/min);預(yù)估絲桿能夠工作時(shí)長。3.2.1型號(hào)選擇（1）求算絲杠副的關(guān)鍵數(shù)據(jù) 遵照運(yùn)用時(shí)工作要求，屆時(shí)載荷系數(shù)=1.0系數(shù)=1.5； 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 當(dāng)量載荷 暫且給定導(dǎo)程 =4mm預(yù)估絲桿工作中，轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)速絲桿需要多大的額定載荷（2）絲杠所用型號(hào)遵照所用以及求算，導(dǎo)程當(dāng)為4mm，相比較的絲桿，額定載荷大一些。絲杠使用CDM2004-2.5型。絲杠當(dāng)為外循環(huán)雙管式，預(yù)緊以雙螺母墊片實(shí)現(xiàn)。3.2.2校核計(jì)算（1）校核臨界轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)速校核之后，與設(shè)計(jì)較為匹配。（2）因?yàn)橐Q直擺放絲桿，作用力并不大，溫度的改變也不大，此處務(wù)需校核它的穩(wěn)定性，溫度變形等。（3）絲杠的預(yù)緊預(yù)緊力通常是1/3的當(dāng)量載荷，也可以是1/10的額定動(dòng)載荷，表達(dá)為： 與之匹配的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩3.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)3.3.1齒輪尺寸計(jì)算傳動(dòng)使用斜齒輪，能夠較為平穩(wěn)，當(dāng)為=14 =191）修正中心距對齒輪、求算之后，選擇整數(shù)，這樣中心距會(huì)有改變，遵照選定的，再一次對中心距A予以求算，以此來分配齒輪齒數(shù)。修正中心距： （3.3）屆時(shí)算出中心距A=15mm2）修正對螺旋角 修正螺旋角： （3.4）屆時(shí)算出表3.1中羅列齒輪數(shù)據(jù)。表3.1齒輪基本參數(shù)序號(hào)計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算公式1齒數(shù)2分度圓直徑/mm3齒頂高/mm4齒寬/mm3.3.2 輪齒強(qiáng)度計(jì)算（1）求算齒輪的彎曲強(qiáng)度斜齒輪彎曲應(yīng)力: （3.5）在此當(dāng)中 所算出載荷（Nmm）； 斜齒輪螺旋角； 應(yīng)力集中系數(shù)，大概為=1.50； 重合度影響系數(shù)，=2.0。齒輪1，觀察查齒形系數(shù)，屆時(shí)有y=0.132放入其中=342.25Mpa；齒輪2，觀察查齒形系數(shù)圖紙y=0.158，放入其中=121.52Mpa；轉(zhuǎn)矩是為最大值，求算出載荷，許用應(yīng)力介于180350Mpa，全部的斜齒輪合乎，彎曲強(qiáng)度于設(shè)計(jì)所需完全匹配。（2）輪齒接觸應(yīng)力 （3.6）當(dāng)次之內(nèi) 輪齒的接觸應(yīng)力,Mpa；F存在于齒面之上法向力,N；圓周力（N），；求算而出的載荷,Nmm；E齒輪材料的彈性模量，合金鋼：E=2.1Mpa；b齒輪接觸時(shí)真實(shí)的寬,mm；、主、從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm），直齒輪，斜齒輪；、是為主動(dòng)齒輪以及從動(dòng)齒輪之節(jié)圓半徑（mm）。此前所有數(shù)據(jù)放入關(guān)系式（3.6），并將作用在載荷/2所承受的載荷當(dāng)做算是之中的載荷，屆時(shí)得有： 全部的齒輪能夠匹配關(guān)系式，接觸強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。3.4其他參數(shù)設(shè)計(jì)加上平常機(jī)械手操作，能夠簡單手指的運(yùn)動(dòng)，以軸為中心，手指每一個(gè)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)90，此處不需要在意在橫向上手指的張開。若想驅(qū)動(dòng)力矩不會(huì)受到手指的影響，務(wù)必要讓結(jié)構(gòu)規(guī)格靠近手指，換句話說比例在1:1。加上人手的手指，可有：遠(yuǎn)節(jié)指骨中食指、中指、無名指的規(guī)格大概在25mm，小指規(guī)格大概是20mm而大拇指規(guī)格大概是30mm；中節(jié)指骨中前三指規(guī)格大概是30mm，小指規(guī)格15mm，但是大拇指上并未存在中節(jié)指骨；在遠(yuǎn)節(jié)指骨當(dāng)中的前三指規(guī)格大概是25mm，小指規(guī)格20mm但是大拇指規(guī)格30mm；近節(jié)指骨中食指、無名指大概30mm，中指在33mm，小指20mm而大拇指30mm。此處食指無名指、食指大概相同。各指骨的直徑為18mm但是指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，最大的角度在90。第4章基于Pro/E的三維設(shè)計(jì)4.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件簡介Pro/Engineer三維軟件是美國PTC公司研發(fā)的，這個(gè)軟件最有名的就是參數(shù)化，是所有軟件當(dāng)中最早使用參數(shù)化的，如今的三維軟件中依舊處于主導(dǎo)地位。如今的機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域之中，Pro/Engineer軟件是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的三維軟件，并且也是主推的一款CAD/CAM/CAE軟件，尤其是在中國的設(shè)計(jì)行業(yè)中，處于主導(dǎo)地位。Pro/E軟件第一次將參數(shù)化設(shè)計(jì)概念提出來，對于特征方面的問題，只需要單一數(shù)據(jù)庫即可解決。此軟件之中，運(yùn)用模塊方式，能夠?qū)⒉輬D畫出，還可加工零件，針對裝配進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對鈑金進(jìn)行設(shè)計(jì)等。使用者能夠依據(jù)自身的實(shí)際需求，在軟件中選用。主要的功能有：（1）特征驅(qū)動(dòng)（舉例而言：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等）；（2） 參數(shù)化（其實(shí)參數(shù)就是規(guī)格，圖紙當(dāng)中的特征，承擔(dān)的符合還有邊界條件等）；（3）設(shè)計(jì)當(dāng)從零部件的特征數(shù)據(jù)，載荷以及邊界條件同特征數(shù)據(jù)的聯(lián)系開展；（4）可針對一些較大規(guī)模的零件，非常復(fù)雜的組合零件展開設(shè)計(jì)。（5）任何一個(gè)應(yīng)用的完全相關(guān)性都貫穿其中。4.2三維設(shè)計(jì)4.2.1絲杠設(shè)計(jì)下圖中展現(xiàn)絲杠：其用于將電機(jī)的選中運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手指的張合，工作過程中與電機(jī)、絲杠螺母連接配合使用。圖4-1絲杠4.2.2齒輪圖中設(shè)計(jì)為每一個(gè)齒輪： 圖4-2齒輪4.2.3推桿、推桿筒體下圖中展現(xiàn)設(shè)計(jì)的推桿還有推桿筒體： 圖4-3推桿、推桿筒體4.2.4支座圖中為支座：圖4-4 支座4.2.5手指指節(jié)、指頭圖中是為機(jī)械手指的指節(jié)以及指頭： 圖4-5 手指指節(jié)、指頭4.2.6手掌前蓋、后蓋圖中為機(jī)械手掌前蓋以及后蓋： 圖4-6 手掌前蓋、后蓋4.2.7三維裝配 圖4-7 三維裝配總 結(jié)靈巧手是為一款較為特別的末端執(zhí)行器，文中首先介紹靈巧手在國內(nèi)還有國外的研究，另外還闡述中國市場中，靈巧手的一些前景，另外在介紹靈巧手外形之時(shí)，期望它能夠更大程度的模仿人手，依據(jù)所得到的一些人手資料，從機(jī)械設(shè)計(jì)這個(gè)角度，妥善改良這些數(shù)據(jù)，給出既能夠匹配機(jī)械設(shè)計(jì)，又較為合適人手的數(shù)據(jù)。此后分析機(jī)械手指的自由度，并且展開求算，只要不干涉機(jī)械手指的活動(dòng)正常開展，需要減少一些自由度，唯有如此方可促進(jìn)設(shè)計(jì)，此后，以不一樣的驅(qū)動(dòng)探討系統(tǒng)的回路，之后分析每一種傳動(dòng)系統(tǒng)的好處，不好之處。畢業(yè)論文是大學(xué)完成的最后一次課后作業(yè)，這次作業(yè)的難度也是最大的，涉及的知識(shí)面也是最廣的，為完成此次設(shè)計(jì)查閱大量的相關(guān)資料，從圖書館，報(bào)刊雜志，網(wǎng)絡(luò)上到處搜尋有關(guān)材料，可以說查找資料的水平現(xiàn)在提升不少，在寫論文的過程中，遇到不少難題，在遇到困難時(shí)沒有退縮，勇往直前，對于我來說也是一次鍛煉意志力的機(jī)會(huì)。其實(shí)這也正是讓學(xué)生們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的核心所在，雖然說技能的提高是少部分的，但是增強(qiáng)的確是對全局的把控能力，畢業(yè)論文結(jié)束之后，從設(shè)計(jì)者角度來說，積累寶貴的時(shí)間經(jīng)驗(yàn)，理論知識(shí)停留在書本，永遠(yuǎn)只能紙上談兵，放入到實(shí)踐中去，生產(chǎn)中去，才是真正的武器，才能夠體現(xiàn)它的價(jià)值。參考文獻(xiàn)1 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AutoCAD 2007M. 北京：人民郵電出版社，2008.17 蘇厚合,黃俊賢,黃圣杰. PRO/ ENGINEER2001入門指南M. 北京:人民郵電出版社,2002.18 朱剛. 新型流體有限元法及葉輪機(jī)械正反混合問題D. 北京：清華大學(xué)， 1996.19 龔桂義. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊M. 北京：高等教育出版社，1996.20 黃曉華，徐建成等. 基于PRO/E的CAD/CAM技術(shù)M. 泰州：南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，2009.21 劉惟信. 機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)M. 北京：清華大學(xué)出版社，1994.致 謝大學(xué)四年的時(shí)間，不算長也不算短，青春年華都在這里度過，雖然分別在即，但是依舊無法忘懷。這次畢業(yè)論文，也可以看做是大學(xué)的學(xué)習(xí)中最后一次作業(yè)，希望能夠圓滿完成。雖然說經(jīng)過四年的專業(yè)學(xué)習(xí)，但是對于專業(yè)領(lǐng)域的汪洋大海而言，我所學(xué)到的知識(shí)，只能算是大海中的一片小樹葉，微不足道，完成此次設(shè)計(jì)，將我所有學(xué)到的專業(yè)知識(shí)全部掏空，結(jié)合實(shí)際需要，最終將其完成。論文書寫的這段時(shí)間，也遇到了不少的麻煩，不少的難題，另外論文中思慮可能并不是那么完善，終歸還存在一些缺陷，所幸的是，在指導(dǎo)老師的幫助下，最終將問題改善，完成最終的論文。在這里非常要感謝指導(dǎo)我論文的老師，因?yàn)闀鴮懏厴I(yè)論文的我，專業(yè)不夠硬，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)又不夠多，所以很多時(shí)候都需要請教老師，不知道如何開展設(shè)計(jì)，但是老師的工作相當(dāng)繁忙，不光要指導(dǎo)我們的論文，還有很多的工作要去做，這些都是我們沒有看到的，但是就算如此，老師依舊沒有錯(cuò)過畢業(yè)論文的任何一個(gè)流程，總是跟在我們身后，催促大家盡早完成任務(wù)，給大家一些中肯的指導(dǎo)意見，老師給所有人查閱了論文，有什么問題都給我們指出來，讓我們盡早修改，可以說老師比設(shè)計(jì)者自身還要認(rèn)真，還要仔細(xì)，替我們省去了很多的后顧之憂，正是因?yàn)橹笇?dǎo)老師前期的不放松和認(rèn)真，才知道對待專業(yè)，對待學(xué)術(shù)就應(yīng)該如此，不能大而化之，那樣的話，什么事情都做不好。另外還要感謝一直幫助我，陪伴我的同學(xué)們，因?yàn)橛心銈?，大學(xué)生活才會(huì)如此的繽紛多彩，才不至于如此的乏味，在這里也要感謝學(xué)校，和學(xué)校的各位領(lǐng)導(dǎo)，謝謝給我這么一次機(jī)會(huì)，讓我有這樣的機(jī)會(huì)去獨(dú)立設(shè)計(jì)。22