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

靈巧手指結(jié)構(gòu)設(shè)計-仿生類含ProE三維及13張CAD圖,靈巧,手指,結(jié)構(gòu)設(shè)計,仿生,ProE,三維,13,CAD 1萬字以上+3A0圖紙量（說明書中選取電動和液壓驅(qū)動兩個做比較選擇最佳方案為主來做，圖紙的話做最佳方案的二維圖滿足圖紙量要求即可） 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書課題名稱: 靈巧手指結(jié)構(gòu)ProE設(shè)計 課題類別： 工程工業(yè)設(shè)計 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 年 級： 2015級 指導(dǎo)教師： 范巖 學(xué)生姓名： 陳泓羽 年 月 日一、課題條件：1.熟練使用三維繪圖軟件。2.認(rèn)真調(diào)研靈巧手指的發(fā)展前景。3.查閱各種有關(guān)的書籍。4.熟悉靈巧手指的機(jī)械結(jié)構(gòu)。二、畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容：1、完成手指設(shè)計的方案選擇2、設(shè)計貝爾格萊德手指PROE.3、設(shè)計電動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案。4、設(shè)計液壓關(guān)節(jié)架構(gòu)方案。5、分析三種架構(gòu)設(shè)計方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)。6、書寫說明書。三、計劃進(jìn)度：第1周 主要完成參考資料的查詢第2周 主要完成外文翻譯資料的翻譯第3-4周 完成設(shè)計方案的初步定稿，確定設(shè)計方案及系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)備。確定設(shè)計方案。第5-7周 完成設(shè)計架構(gòu)及各組成模塊設(shè)計第10周 系統(tǒng)功能的試驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題，改進(jìn)設(shè)計。第11周 完成論文撰寫、答辯。四、主要參考文獻(xiàn)：1 海向軍,何燁.人體解刨學(xué).北京：科學(xué)出版社，2013,9.2 徐國成,韓秋生,霍琨.人體解刨學(xué)彩色圖譜（第二版）.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2010,9.3 張元越,液壓與氣壓傳動.成都：西南交通大學(xué)出版社,2016,6.4 楊昆明,馬翔宇.仿生靈巧手設(shè)計與控制.煤礦機(jī)械，2018,5.5 羅建國,何茂艷等.靈巧手研究現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)J.機(jī)械設(shè)計，2009,26.6 馬翔宇,楊武成,李阿為.仿生機(jī)械靈巧手的手指設(shè)計.重慶理工大學(xué)學(xué)報,2017,11.7 趙云偉,耿德旭等.氣動柔性果蔬采摘機(jī)械手運(yùn)動學(xué)分析與實(shí)現(xiàn).農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2019,1.8 楊昆明,申旌輝,馬翔宇.仿生靈巧手的手指設(shè)計與控制.煤礦機(jī)械,2018,5.9 胡敏,梁聰慧,鄭慶華等.多關(guān)節(jié)液壓臂架實(shí)時控制軟件的設(shè)計與實(shí)現(xiàn).中國工程機(jī)械學(xué)報,2013,6.10 焦福霞.電力液壓鼓式盤式制動器的性能比較.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2013.11 徐國華，譚民.移動機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001.12 馬頌德，張正友.計算機(jī)視覺一理論與算法基礎(chǔ).科學(xué)出版社，2001.13 張廣軍.機(jī)器視覺.科學(xué)出版社，2005.14 章毓晉.圖像理解與計算機(jī)視覺.清華大學(xué)出版社，2004.15 楊鋼,李寶仁等.氣動人工肌肉特性分析的新方法.液壓與氣動,2002.指導(dǎo)教師 教研室主任 20 年 月 日 20 年 月 日靈巧手指結(jié)構(gòu)Pro/E設(shè)計摘 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)計之時，改善人手的數(shù)據(jù)，設(shè)計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)械手指活動范圍沒有多大影響時，盡量少一些自由度，對于設(shè)計而言，有很多益處。此后，分析在系統(tǒng)回路中使用不一樣的驅(qū)動狀況，針對不一樣的傳動系統(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)計方案，設(shè)計電動機(jī)的架構(gòu)，此后計算出機(jī)械手的主要數(shù)據(jù)，予以選用，緊接著設(shè)計主要零部件，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32.1設(shè)計要求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氣動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案62.3.3電動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案62.3.4驅(qū)動方案的選擇8第3章 設(shè)計計算103.1 電動機(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103.1.2啟動矩頻特性校核113.2絲桿螺母副的選型與校核123.2.1型號選擇123.2.2校核計算133.3齒輪傳動的設(shè)計133.3.1齒輪尺寸計算133.3.2 輪齒強(qiáng)度計算143.4其他參數(shù)設(shè)計15第4章基于Pro/E的三維設(shè)計174.1 Pro/E三維設(shè)計軟件簡介174.2三維設(shè)計174.2.1絲杠設(shè)計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祟悘姆敝氐膭趧又薪饷摮鰜?，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，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，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)行工作的時候，能夠獨(dú)立完成任務(wù)。一直能夠持續(xù)和電子計算機(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?？?，精度非常高，不管在什么地點(diǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)自動定位。對氣動機(jī)械手設(shè)計之時，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，定位時精度有多高要求，實(shí)現(xiàn)抓取以及搬運(yùn)之時，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┚幊炭刂疲疫M(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，另外每一個手指上有四個關(guān)節(jié)，一個手的自由度有12個，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2.1設(shè)計要求對靈巧手所用不一樣的驅(qū)動方式對比，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，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)動所需。人手有五個手指，其中四個手指指節(jié)有四個，關(guān)節(jié)有三個，但是大拇指的關(guān)節(jié)兩個。關(guān)節(jié)的自由度時一個，能夠圍繞軸實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，會有肌腱存在于指骨之上，因?yàn)榧‰斓倪B接帶動每一個指骨，人手能夠進(jìn)行抓取，握緊等動作，指骨每一個關(guān)節(jié)都會進(jìn)行動作，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，手若想實(shí)現(xiàn)各款動作此關(guān)節(jié)非常重要，別的四個手指在雙軸鞍狀關(guān)節(jié)的連接下，和手掌聯(lián)系在一起，不過此時的擺動僅為小幅度的，故此若想設(shè)計便利，此處的關(guān)節(jié)被看做單軸。設(shè)計之時，著重在意大拇指關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，別的四個手指，他們所進(jìn)行的動作是為單軸轉(zhuǎn)動，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)計拇指時，和別的手指一樣自由度有四個，一個橢球關(guān)節(jié)為雙自由，還有兩個樞紐關(guān)節(jié)有兩個單自由度，如此整個機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)的自由度有20個，在機(jī)械手腕之上存在三個自由度，整個手的自由度有24個。只是機(jī)械手腕和手掌最底部所開展的運(yùn)動是相對的，所以設(shè)計時注意難度高低，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)計設(shè)計手掌、手背時，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)計一個手共有手指五個，只有大拇指的指節(jié)為三個，別的四個手指里面，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)計流程盡量簡單，此處遠(yuǎn)指節(jié)以及中指節(jié)當(dāng)做一個整體，兩個中間會有一個角度出現(xiàn)，人手較為自然的狀況下，自然垂落的手指在30，此時設(shè)計角度在150，但是大拇指的關(guān)節(jié)為兩個，此處設(shè)計拇指的遠(yuǎn)指節(jié)規(guī)格，只要對一個設(shè)計就好，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)計此處若想簡單的設(shè)計，四個手指當(dāng)中還有兩個關(guān)節(jié)剩下，驅(qū)動以一個液壓缸開展，以液壓缸往回收縮去設(shè)計手指關(guān)節(jié)，以固定點(diǎn)為中心，遠(yuǎn)指圍繞它進(jìn)行轉(zhuǎn)動，抵達(dá)極限地點(diǎn)之后，中指還有遠(yuǎn)指關(guān)節(jié)接著會被拉扯。 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，會有力作用于近指節(jié)之上，跟著近指節(jié)的轉(zhuǎn)動而出現(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。 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，伸直部分會導(dǎo)致指節(jié)無法伸直，加裝一個能夠回復(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)計比照人手的掌部骨頭，在手掌骨的地方安排液壓缸，設(shè)計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)計一個孔，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氣動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案（1）設(shè)計靈感來源手指基本實(shí)現(xiàn)的動作是抓取，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)計設(shè)計手指關(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，下端的他限制會被限制，如此方可彎曲手指。設(shè)計手指關(guān)節(jié)為中空，將氣體管安排在內(nèi)部，設(shè)計手掌還有近指節(jié)連接的地方和他一樣。設(shè)計手掌還有手背的時候，依舊借鑒設(shè)計液壓之處，需要安排一個孔在其上，便于連接氣動裝置。 圖2.12氣缸 圖2.13 氣缸管通道2.3.3電動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案（1）設(shè)計靈感來源解刨學(xué)的有關(guān)專業(yè)知識，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)動蝸輪，蝸桿傳動部分展開設(shè)計，他們要結(jié)合肌腱開展。會有軸關(guān)節(jié)連接處在每一個指關(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)計因?yàn)槿耸稚夏粗傅慕腹?jié)連接掌骨的時候，存在的自由度有兩個，可彎曲，可轉(zhuǎn)動，別的四個手指會對動作有一定影響，另外若想設(shè)計便利，故此四指近指節(jié)連接掌骨之時，自由度只有一個，此處手掌上拇指，對一個軸固定進(jìn)行設(shè)計，此處連接以齒輪實(shí)施，如此拇指便可實(shí)現(xiàn)橫向移動。 圖2.14 拇指固定孔 圖2.15 拇指（3）手指的設(shè)計一共有五個手指，其中四個手指中皆與液壓的一致，改變的是驅(qū)動，此處齒輪以電機(jī)帶動，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，需要固定一個電機(jī)，需要對固定架進(jìn)行設(shè)計，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)動方案的選擇遵照動力源的不一樣，劃分機(jī)械手的驅(qū)動有：液壓，氣動以及電動。組合此三種成為不一樣的驅(qū)動系統(tǒng)，他們的特征為： （1）液壓驅(qū)動因?yàn)橐簤杭夹g(shù)已經(jīng)相對成熟，其之動力很大，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，很多時候以節(jié)流來實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)整，和電動驅(qū)動系統(tǒng)相比，效率要差的多，會有液體從液壓系統(tǒng)中漏出，破壞環(huán)境，工作中會有較大噪聲出現(xiàn)。（2）氣動驅(qū)動速度非?？欤到y(tǒng)的構(gòu)造不復(fù)雜，修理很便利，價位也不高等。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）電動驅(qū)動因?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)動器所用甚多，機(jī)器人中大范圍使用此類驅(qū)動系統(tǒng)，它能夠轉(zhuǎn)換能量，用起來便利，工作中不會有太大噪聲，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)動而比，投入資金更多。鑒于此款驅(qū)動系統(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)目氣壓傳動液壓傳動電氣傳動機(jī)械傳動系統(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)簡單比液動復(fù)雜需要專門技術(shù)簡單價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性幾乎沒問題注意火一般無問題無特殊問題液壓驅(qū)動最大的好處：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，只是傳送之時速度不快，缺陷就在于，使用的是工作液油，多少會有泄露出現(xiàn)，如此對環(huán)境而言多少會有影響，并且還會讓油管出現(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)的傳動比。溫度即是非常高，相比較液壓以及電動驅(qū)動，氣動依舊能夠開展工作。只是壓縮空氣有很多的不確定性，必然會干涉速度。氣缸運(yùn)動速度很慢，導(dǎo)致出現(xiàn)較差的速度穩(wěn)定性，速度較慢的話，多少會受到摩擦力的干擾。另外相比較液壓驅(qū)動，氣缸輸出力要小很多，并且工作中噪聲非常大。電機(jī)驅(qū)動的優(yōu)勢，因?yàn)橛泻芨呔珳?zhǔn)性，動力是為典禮，齒輪被帶著轉(zhuǎn)動，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，不會有太大耗損。另外電機(jī)驅(qū)動的控制非常緊密，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)為電動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)。第3章 設(shè)計計算3.1 電動機(jī)的選擇靈巧手仿照人手開展工作，作為它的驅(qū)動，不光要需要電機(jī)驅(qū)動擁有較高的可靠性，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蓴_到電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特征，需要驅(qū)動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)。對矩形波信號接收的電機(jī)為步進(jìn)型，可對轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動速度進(jìn)行傳送，精準(zhǔn)度很高，缺陷在于功率較?。浑姍C(jī)為直流型，它的響應(yīng)速度非常快，啟動轉(zhuǎn)矩很大，轉(zhuǎn)動速度從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)動之時，碳刷還有整流子會有火花出現(xiàn)，碳粉的存在，會讓組件出現(xiàn)損傷，還會限制運(yùn)用的場地；伺服電機(jī)有大有小，能夠?qū)Σㄐ坞娦盘栠M(jìn)行傳送，有很大的轉(zhuǎn)動誤差，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，型號選用之時還需注意力矩以及工作時的電壓等，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(1)步距角對電機(jī)型號選用，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，它的名義啟動轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩之間的聯(lián)系為：Mmq=電機(jī)啟動并未有其他外在的工作載荷，就是步進(jìn)電機(jī)空載啟動。如下關(guān)系式能夠求算出電機(jī)需要多大的空載啟動力矩：起先對電機(jī)型號選用之時，理當(dāng)合乎步進(jìn)電機(jī)所需要的空載啟動力矩要比步進(jìn)電機(jī)名義啟動轉(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，并不可確保啟動電機(jī)之時會有丟步狀況出現(xiàn)，所以還需校核啟動矩頻特性。啟動之時，步進(jìn)電機(jī)存在突跳啟動、升速啟動。突跳啟動會出現(xiàn)較大加速力矩，開啟之時，必然會有丟步出現(xiàn)，所以使用的并不多。在升速啟動之時，如果很長的時間進(jìn)行升速，啟動流程非常緩慢，加速力矩處于空載啟動力矩當(dāng)中相對較小，屆時丟步的狀況亦不會出現(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)計務(wù)必自己開展，唯有依據(jù)運(yùn)用時實(shí)際狀況來對結(jié)構(gòu)進(jìn)行選用，此后依據(jù)載荷，轉(zhuǎn)動速度對型號予以選用，之后對生產(chǎn)廠家購買。此中設(shè)計之時，絲杠會選用三次，作為設(shè)計者，此次選用的絲杠是用在最為關(guān)鍵的主軸傳動之中，需要對其設(shè)計、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個工作載荷，i=1、2、3n ；匹配第i個載荷轉(zhuǎn)動之時速(r/min);匹配第i個載荷應(yīng)征的時間 (h) ;絲杠移動之時，最快的時速(mm/min);預(yù)估絲桿能夠工作時長。3.2.1型號選擇（1）求算絲杠副的關(guān)鍵數(shù)據(jù) 遵照運(yùn)用時工作要求，屆時載荷系數(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)動的時速絲桿需要多大的額定載荷（2）絲杠所用型號遵照所用以及求算，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校核計算（1）校核臨界轉(zhuǎn)動時速校核之后，與設(shè)計較為匹配。（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的額定動載荷，表達(dá)為： 與之匹配的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩3.3齒輪傳動的設(shè)計3.3.1齒輪尺寸計算傳動使用斜齒輪，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）屆時算出中心距A=15mm2）修正對螺旋角 修正螺旋角： （3.4）屆時算出表3.1中羅列齒輪數(shù)據(jù)。表3.1齒輪基本參數(shù)序號計算項(xiàng)目計算公式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齒輪接觸時真實(shí)的寬,mm；、主、從動齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm），直齒輪，斜齒輪；、是為主動齒輪以及從動齒輪之節(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)計標(biāo)準(zhǔn)。3.4其他參數(shù)設(shè)計加上平常機(jī)械手操作，能夠簡單手指的運(yùn)動，以軸為中心，手指每一個環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)動90，此處不需要在意在橫向上手指的張開。若想驅(qū)動力矩不會受到手指的影響，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)動起來，最大的角度在90。第4章基于Pro/E的三維設(shè)計4.1 Pro/E三維設(shè)計軟件簡介Pro/Engineer三維軟件是美國PTC公司研發(fā)的，這個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，針對鈑金進(jìn)行設(shè)計等。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（舉例而言：凸臺、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。（5）任何一個應(yīng)用的完全相關(guān)性都貫穿其中。4.2三維設(shè)計4.2.1絲杠設(shè)計下圖中展現(xiàn)絲杠：其用于將電機(jī)的選中運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動實(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)計為每一個齒輪： 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，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)計這個角度，妥善改良這些數(shù)據(jù)，給出既能夠匹配機(jī)械設(shè)計，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，此后，以不一樣的驅(qū)動探討系統(tǒng)的回路，之后分析每一種傳動系統(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，涉及的知識面也是最廣的，為完成此次設(shè)計查閱大量的相關(guān)資料，從圖書館，報刊雜志，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。其實(shí)這也正是讓學(xué)生們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的核心所在，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)計者角度來說，積累寶貴的時間經(jīng)驗(yàn)，理論知識停留在書本，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)它的價值。參考文獻(xiàn)1 海向軍,何燁.人體解刨學(xué).北京：科學(xué)出版社，2013,9.2 徐國成,韓秋生,霍琨.人體解刨學(xué)彩色圖譜（第二版）.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2010,9.3 張元越,液壓與氣壓傳動.成都：西南交通大學(xué)出版社,2016,6.4 楊昆明,馬翔宇.仿生靈巧手設(shè)計與控制.煤礦機(jī)械，2018,5.5 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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)計課程設(shè)計圖冊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M. 北京：清華大學(xué)出版社，1994.致 謝大學(xué)四年的時間，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，只能算是大海中的一片小樹葉，微不足道，完成此次設(shè)計，將我所有學(xué)到的專業(yè)知識全部掏空，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，所以很多時候都需要請教老師，不知道如何開展設(shè)計，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，老師依舊沒有錯過畢業(yè)論文的任何一個流程，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)橛心銈儯髮W(xué)生活才會如此的繽紛多彩，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，讓我有這樣的機(jī)會去獨(dú)立設(shè)計。22靈巧手指結(jié)構(gòu)Pro/E設(shè)計摘 要靈巧手作為一種特殊的末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)，本文對它在國內(nèi)外的現(xiàn)狀以及發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了簡單的分析，同時對于它在國內(nèi)的發(fā)展前景進(jìn)行了一定的描述。其中提及它的外形部分應(yīng)該更加仿人化，從人手的一些數(shù)據(jù)信息，在從機(jī)械設(shè)計方面對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的改變，得出既符合機(jī)械設(shè)計又與人類手指接近的尺寸大小。再進(jìn)行了手指自由度的分析計算，在不影響手指正常活動的合理范圍內(nèi)對自由度進(jìn)行一定程度的減少，這樣對設(shè)計會有很大的幫助，然后，就不同的驅(qū)動進(jìn)行了系統(tǒng)回路的探究并對各個傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，本次設(shè)計首先，通過對靈巧手結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了其設(shè)計方案電動驅(qū)動架構(gòu)方案；接著，對主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計算選擇；然后，對各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計與校核；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了機(jī)械手裝配圖及主要零部件圖，并采用Pro/E軟件建立了三維模型。關(guān)鍵字：仿人；靈巧手，電動；三維設(shè)計 AbstractAs a special end effector mechanism, dexterous hand is analyzed in this paper. At the same time, its development prospect in China is described. It is mentioned that the shape part of it should be more humanoid. From some data information of human hand, we can make reasonable changes to these data from the aspect of mechanical design, and get the size that not only conforms to the mechanical design but also is close to the human finger. After that, the degree of freedom of the fingers is analyzed and calculated, and the degree of freedom is reduced to a certain extent within a reasonable range without affecting the normal activities of the fingers, which will be of great help to the design. Then, the system loop is explored for different drives and the advantages and disadvantages of each transmission system are analyzed,In this design, firstly, through the analysis of the structure and principle of the dexterous hand, on the basis of this analysis, the design scheme of the electric drive architecture is put forward; secondly, the main technical parameters are calculated and selected; secondly, the main parts are designed and checked; finally, the assembly drawing and main parts drawing of the manipulator are drawn by AutoCAD drawing software, and Pro is used /The 3D model is built by E software.Keywords: Humanoid; dexterous hand, electric; 3D design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32.1設(shè)計要求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氣動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案62.3.3電動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案62.3.4驅(qū)動方案的選擇8第3章 設(shè)計計算103.1 電動機(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103.1.2啟動矩頻特性校核113.2絲桿螺母副的選型與校核123.2.1型號選擇123.2.2校核計算133.3齒輪傳動的設(shè)計133.3.1齒輪尺寸計算133.3.2 輪齒強(qiáng)度計算143.4其他參數(shù)設(shè)計16第4章基于Pro/E的三維設(shè)計174.1 Pro/E三維設(shè)計軟件簡介174.2三維設(shè)計174.2.1絲杠設(shè)計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22IV靈巧手指結(jié)構(gòu)Pro/E設(shè)計第1章 緒 論1.1研究背景及意義機(jī)器人是近年來迅速發(fā)展起來的高新技術(shù)密集的機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前，對多指靈巧手的智能抓持，位置協(xié)調(diào)控制的研究是機(jī)器人學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。應(yīng)用仿人機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應(yīng)用仿人機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以仿人機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。應(yīng)用仿人機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用仿人機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。綜上所述，有效的應(yīng)用仿人機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢。靈巧手發(fā)展的進(jìn)步，人們就對它越來越重視，使得靈巧手在各個方面都有影響。技術(shù)的進(jìn)步和理論的完善使得，靈巧手的應(yīng)用也深入到各個行業(yè)。而對于多指靈巧手本身的機(jī)構(gòu)的探索從一開始到現(xiàn)今日就從未停止，發(fā)展方向也越來越多樣化，功能越來越智能化。到如今多指靈巧手探索依舊要面臨許許多多的挑戰(zhàn)吧，包括了基礎(chǔ)知識還有技術(shù)層面的難題。在面對國內(nèi)外多重挑戰(zhàn)和機(jī)會的時刻，是靈巧手設(shè)計發(fā)展的重要時刻，因?yàn)樗梢源嫒祟愅瓿珊芏嗖荒芡瓿傻娜蝿?wù)，比如在高溫、高壓等人手所不能承受的危險的環(huán)境。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)況像人一樣，機(jī)器人需要用它的手與環(huán)境發(fā)生作用。機(jī)器人發(fā)展初期，面向的需求首先來自制造領(lǐng)域，早期工業(yè)機(jī)器人主要執(zhí)行上下料這樣的簡單任務(wù)，功能單一的兩指夾持器便能滿足任務(wù)要求。隨著技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人開始向更多的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，上百種專門用途的“手”，統(tǒng)稱為末端執(zhí)行器，使機(jī)器人能夠應(yīng)對豐富多彩的任務(wù)對象，從輪胎、玻璃到布料，從大型金屬熱軋件到微小電子器件。盡管如此，末端執(zhí)行器仍然是制約機(jī)器人應(yīng)用的一個主要因素。于是，開發(fā)多用途機(jī)器手成為早期靈巧手研究的緣由和動機(jī)。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺仿人機(jī)械手。第二代仿人機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺觸覺能力，甚至聽想的能力。研究安裝各種傳感器，能把感覺到的信息反饋，使仿人機(jī)械手具有感覺機(jī)能。國外也出現(xiàn)了第三代仿人機(jī)械手，它能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)對于搬運(yùn)物體類的機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾放并且能搬運(yùn)物件，這就要求具有較高的精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。設(shè)計氣動機(jī)械手的原則是：充分分析作業(yè)對象和環(huán)境，明確工作的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求，盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。在靈巧手的這個方面的研究歐洲一直領(lǐng)先，帶領(lǐng)著世界一起在這個領(lǐng)域里探索，歐洲這些國家中，作為領(lǐng)導(dǎo)羊便是英、德和意大利。除了歐洲這些國家以外美國也早早的對這個行業(yè)靈巧手進(jìn)行了研究。多指的機(jī)械手最先是運(yùn)用于人體假肢上的，而靈巧手的系統(tǒng)性研究就要追溯到上世紀(jì)的70年代。之后的十年里，靈巧手這一行業(yè)的研究就進(jìn)入了一個發(fā)展快速時段。這就使得有不少的多指靈巧手相繼問世，這里就包括美國麻省理工學(xué)院研制的Utah/MIT手，它與人的手就挺相似的，但是它只有有四個手指，不過人手能完成的動作它基本上也可完成。另外還有意大利研究出來的DIST手，除此之外德國研究的DLR手也很有代表性。這幾中靈巧手可以說都很先進(jìn)，它們都具有不低的智能水平同時還具備挺高的集成化，這是靈巧手領(lǐng)域的一個里程碑，這個行業(yè)也越來越趨緊于成熟。而在國內(nèi)，幾乎同一時間北京航空大學(xué)開始對靈巧手盡享研究和開發(fā)，這就彌補(bǔ)了當(dāng)時國內(nèi)的空白。之后哈工大也研究了一款多指的靈巧手，稱之為HIT手，這種靈巧手它一共有四根手指，而且每個手指還擁有四個關(guān)節(jié)，一只手達(dá)到了12個自由度，這款多指靈巧手的大小就和人類的手及其相似了。第2章 總體方案設(shè)計2.1設(shè)計要求通過對比電機(jī)驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動的靈巧手進(jìn)行設(shè)計分析和對比，完成靈巧手Pro/E設(shè)計。2.2靈巧手功能分析2.2.1仿人手分析靈巧手的仿生參照于人手，參考人體解剖學(xué)人類的手包括肌肉、神經(jīng)以及手骨，可以說從機(jī)械方面來說相當(dāng)于自由度和驅(qū)動方面。人類的手指中的四指都有三個指節(jié)和三個關(guān)節(jié)，只有大拇指有兩個。關(guān)節(jié)可以作為一個繞軸旋轉(zhuǎn)的單軸關(guān)節(jié)，相當(dāng)于一個自由度。指骨上有肌腱，在肌腱的牽涉下手指各個指骨就有了聯(lián)系。人類的手可以做出的動作有抓握和捏取，指骨關(guān)節(jié)通常都會參與。最為特殊的就是大拇指了，拇指處的關(guān)節(jié)為雙軸鞍狀關(guān)節(jié)，它實(shí)現(xiàn)了大拇指的彎曲和轉(zhuǎn)動，可以說這個關(guān)節(jié)對于手完成各類動作都有著至關(guān)重要的作用，雖然其余的四根手指和手掌之間的關(guān)節(jié)也是雙軸鞍狀關(guān)節(jié)，但是由于它們只是完成了小幅度擺動，所以為了機(jī)械設(shè)計的方便這里將它們看成單軸關(guān)節(jié)。在機(jī)械設(shè)計中，大拇指關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)要重點(diǎn)關(guān)照，而其余的四根手指關(guān)節(jié)就將看成簡單的單軸轉(zhuǎn)動使得。2.2.2自由度分析人類的手在日常生活中有著非常重要的作用，能做很多非常精細(xì)的工作而且非常靈活，只是因?yàn)槭种傅淖杂啥确浅８?。因?yàn)槭种傅淖杂啥仁桥c手指靈巧操作有關(guān)的。拇指設(shè)計成和其他四指一樣的4個自由度，兩個單自由度的樞紐關(guān)節(jié)和一個雙自由度橢球關(guān)節(jié)，這樣就是20個自由度。除此之外還有一個自由度是來自大拇指，另外還有在手腕上有三個自由度，這樣一只手一共有24個自由度。但是手腕處的自由度是來源與一堆手掌底部的碎骨間的相對運(yùn)動，所以考慮到設(shè)計難度和實(shí)際必要性，就不會考慮到手腕處的自由度，自由度進(jìn)行模擬如圖所示。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)計手掌和手背在方便設(shè)計的基礎(chǔ)上盡量按照人手的尺寸和參數(shù)來進(jìn)行設(shè)計，這里為了后面近指節(jié)的固定，在手背上設(shè)計一個固定孔。 圖2.1 圖2.2（2）遠(yuǎn)指節(jié)、中指節(jié)的設(shè)計手的五個手指中除了大拇指都有三個指節(jié)，但是其余四指中遠(yuǎn)節(jié)指骨和中節(jié)指骨的關(guān)節(jié)連接的關(guān)節(jié)并不是非常靈活。為了簡化設(shè)計步驟，這里將遠(yuǎn)指節(jié)和中指節(jié)設(shè)計成一個整體，兩者之間呈現(xiàn)一個角度。根據(jù)人手自然狀態(tài)下，手指自然垂落大約30，這樣將這個角度設(shè)計成150。而大拇指只有兩個指節(jié)，所以這里根據(jù)拇指的遠(yuǎn)指節(jié)的尺寸設(shè)計一個遠(yuǎn)指節(jié)即可。如下圖所示。 圖2.3 圖2.4（3）近指節(jié)的設(shè)計這里為了設(shè)計簡便，四指剩下的兩個關(guān)節(jié)設(shè)計成一個液壓缸來驅(qū)動，將手指關(guān)節(jié)設(shè)計成液壓缸往回收縮，先將遠(yuǎn)指節(jié)繞固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，到達(dá)極限位置后繼續(xù)拉扯中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)。 圖2.5 圖2.6如圖所示液壓缸連接近指節(jié)部分為如圖黃色部分，這里由于在液壓缸收縮過程中對近指節(jié)的力會隨著近指節(jié)旋轉(zhuǎn)而變化，所以黃色的連接部分采取3部分組成。而手背與中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)連接的部分為灰色的連桿，使中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)也能跟隨近指節(jié)繞著手背的固定孔旋轉(zhuǎn)。 圖2.7 圖2.8以上為彎曲部分，而伸直部分由于黃色的連接部分力的方向變化會使的指節(jié)伸直困難，于是在近節(jié)指骨和中節(jié)、遠(yuǎn)節(jié)指骨連接處加一個可以使恢復(fù)的彈簧，使手指伸直更加方便。圖2.9（4）液壓缸的設(shè)計參照人手掌骨，將液壓缸設(shè)計在手掌骨的位置，所以手掌和手背設(shè)計成空心的，同時為了液壓缸的液體輸入將手掌和手背連接的腕處設(shè)計一個孔，方便液體的輸入。 圖2.10 圖2.112.3.2氣動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案（1）設(shè)計靈感來源手指基礎(chǔ)動作為抓取，這就需要手指彎曲，而這里要求彎曲的角度最大為90，故參考手風(fēng)琴的形狀將關(guān)節(jié)處設(shè)計成類似手風(fēng)琴的樣子。下端固定上端可變大這樣就能實(shí)現(xiàn)手指的90彎曲。（2）手指、手掌的設(shè)計手指關(guān)節(jié)設(shè)計成手風(fēng)琴風(fēng)箱樣式，使上側(cè)可以實(shí)現(xiàn)充氣膨脹，下端限制他膨脹，這樣就實(shí)現(xiàn)了手指關(guān)節(jié)處的彎曲。而指節(jié)設(shè)計成中空，內(nèi)部設(shè)置氣體管，手掌與近指節(jié)處的連接同樣為這種設(shè)計。而手掌與手背的設(shè)計依舊參照液壓處的設(shè)計，有一孔，方便氣動設(shè)備的連接。 圖2.12 圖2.132.3.3電動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案（1）設(shè)計靈感來源從解刨學(xué)方面了解到手掌面的結(jié)構(gòu)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)。而實(shí)現(xiàn)手指彎曲、伸直便來自于肌腱的收縮。于是結(jié)合肌腱便想出了電機(jī)驅(qū)動渦輪、蝸桿傳動的設(shè)計方案。而在每個指關(guān)節(jié)處采用軸關(guān)節(jié)連接模式。這里為保證足夠的電機(jī)輸出的力足夠，選用直流無刷伺服電機(jī)。（2）手掌的設(shè)計由于人的手的拇指近指節(jié)與掌骨之間的連接處有兩個自由度，不僅可以彎曲還可以轉(zhuǎn)動，其他四指由于不影響動作同時為了方便設(shè)計，所以四指近指節(jié)與掌骨的連接指算一個自由度，而拇指這里在手掌處設(shè)計一個軸的固定處，這里采用齒輪連接，使拇指可以進(jìn)行橫向轉(zhuǎn)動。 圖2.14 圖2.15（3）手指的設(shè)計五個手指中四指皆與液壓的一致，改變的是驅(qū)動，這里采用電機(jī)帶動齒輪，傳遞到蝸輪蝸桿，使蝸桿伸縮實(shí)現(xiàn)與液壓缸一樣的效果。 圖2.16 圖2.17這里的蝸桿區(qū)別于液壓缸，需要一個電機(jī)的固定位置，于是設(shè)計一個固定架使得蝸桿和電機(jī)固定在一起，固定架固定在手背上。 圖2.18 圖2.192.3.4驅(qū)動方案的選擇機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)，按動力源分為液壓、氣動和電動三大類。根據(jù)需要也可這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。這三類基本驅(qū)動系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：（1）液壓驅(qū)動由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，它具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動等特點(diǎn)。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機(jī)器人。但是，液壓系統(tǒng)需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換（電能轉(zhuǎn)換液氣壓能），速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動驅(qū)動系統(tǒng)低，液壓系統(tǒng)的液體泄露會對環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪音也較高。（2）氣動驅(qū)動具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價格低等特點(diǎn)。適用于中、小負(fù)荷的機(jī)器人中采用。但是因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)器人中，如在上、下料和沖壓機(jī)器人中應(yīng)用較多。（3）電動驅(qū)動由于低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動器（交流變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器）的廣泛采用，這類驅(qū)動系統(tǒng)在機(jī)器人中被大量采用。這類驅(qū)動系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換，使用方便，噪聲較低，控制靈活。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動機(jī)構(gòu)。直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的工作環(huán)境中，成本上也較其他兩種驅(qū)動系統(tǒng)高。但因?yàn)檫@類驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較突出，因此在機(jī)器人中被廣泛的使用。表2.1 各種控制方式的比較項(xiàng)目氣壓傳動液壓傳動電氣傳動機(jī)械傳動系統(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)簡單比液動復(fù)雜需要專門技術(shù)簡單價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性幾乎沒問題注意火一般無問題無特殊問題液壓驅(qū)動的顯著優(yōu)點(diǎn)就是能傳遞很大的力，除此之外它力的傳遞平穩(wěn)，傳輸距離遠(yuǎn)，但是傳輸速度很慢，所以它實(shí)用于力大速度慢。缺點(diǎn)就顯而易見了工作液油難免會發(fā)生泄露，這樣的話液體的污染對系統(tǒng)有很大的影響，同時油管也有膨脹泄露的可能，油管一旦密封性不好，就會造成壓力損失，使得傳動比不準(zhǔn)確。氣動能在高溫高壓下工作都，比液壓和電動要更能適應(yīng)環(huán)境。但是空氣的壓縮有不確定性，速度易受影響。氣缸在低速運(yùn)動時候，速度穩(wěn)定性會很差，這是因?yàn)榈退贂r受摩擦力的影響。除此之外氣缸的輸出力要比液壓小的多，而且會有很大的噪音。電機(jī)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)首先它的精確度高電力作為動力源，帶動齒輪轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)力 的傳遞和轉(zhuǎn)向。其次它節(jié)省能源電力是現(xiàn)在能源來源最廣也是使用最頻繁的能源，人們對于電的使用過程中損耗很小。再者電機(jī)驅(qū)動可以實(shí)現(xiàn)精密控制，由于是電機(jī)驅(qū)動可以快速到達(dá)指定位置，這樣就能很好的實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的啟動停止，而且有效的停在指定位置。電能的使用還有很多優(yōu)點(diǎn)，污染小，可以不使用冷卻液，噪音低等。通過上述對比可知，本次采用電動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案。第3章 設(shè)計計算3.1 電動機(jī)的選擇仿人靈巧手的驅(qū)動不但要求電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比、寬調(diào)速范圍、高可靠性，而且電機(jī)的轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性受電源功率的影響，這就要求驅(qū)動要具有盡可能寬的高效率區(qū)舊J。縱觀機(jī)器人大賽、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、科研機(jī)構(gòu)等制作使用的電機(jī)無非是步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、直流伺服電機(jī)3種。步進(jìn)電機(jī)接收的是矩形波信號，所以它傳遞的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩都非常精準(zhǔn)，其缺點(diǎn)是功率不能做大；直流電機(jī)具有響應(yīng)快速，較大的起動轉(zhuǎn)矩，從0轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，但直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)也正是它的缺點(diǎn)，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)要產(chǎn)生額定負(fù)載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能，則電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場須恒維持90，這就使碳刷及整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生火花，碳粉除了會造成組件損壞之外，使用場合也受到限制；伺服電機(jī)的功率可大可小，它接收波形電信號，轉(zhuǎn)動誤差大，一般要加校正回路彌補(bǔ)其誤差。綜上所述，步進(jìn)電機(jī)不容易實(shí)現(xiàn)控制，直流電機(jī)的慣性大，而舵機(jī)可以克服以上缺點(diǎn)，因此文中選用舵機(jī)。舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動器，適用于那些角度需要不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。舵機(jī)是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)。跟其他電機(jī)一樣，它的選型也要考慮到力矩、工作電壓等，綜上所述，市場的舵機(jī)大都能滿足以上要求，結(jié)合舵機(jī)的價格和質(zhì)量，最終設(shè)計選用了Futaba$3003，選用時主要有以下幾個步驟：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(1)步距角初選步進(jìn)電機(jī)型號，并從手冊中查到步距角,由于綜合考慮，我初選了，可滿足以上公式。(2)距頻特性步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動轉(zhuǎn)矩Mmq與最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax的關(guān)系是：Mmq=步進(jìn)電機(jī)空載啟動是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動力矩按下式計算：式中：Mkq為空載啟動力矩；Mka為空載啟動時運(yùn)動部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)軸上的加速力矩；Mkf為空載時折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；為由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。而且初選電機(jī)型號時應(yīng)滿足步進(jìn)電動機(jī)所需空載啟動力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動轉(zhuǎn)矩，即：MkqMmq=Mjmax計算Mkq的各項(xiàng)力矩如下：加速力矩空載摩擦力矩附加摩擦力矩3.1.2啟動矩頻特性校核步進(jìn)電機(jī)有三種工況：啟動，快速進(jìn)給運(yùn)行，工進(jìn)運(yùn)行。前面提出的，僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機(jī)啟動時不丟步。因此，還要對啟動矩頻特性進(jìn)行校核。步進(jìn)電機(jī)啟動有突跳啟動和升速啟動。突跳啟動時加速力矩很大，啟動時丟步是不可避免的。因此很少用。而升速啟動過程中只要升速時間足夠長，啟動過程緩慢，空載啟動力矩中的加速力矩不會很大。一般不會發(fā)生丟步現(xiàn)象。3.2絲桿螺母副的選型與校核絲杠已由專門工廠制造，因此，不用我們自己設(shè)計制造，只要根據(jù)使用工況選擇某種類型的結(jié)構(gòu)，再根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速等條件選定合適的尺寸型號并向有關(guān)廠家訂購。此次設(shè)計中絲杠被三次選用，故本人只選取其中最重要的主軸傳動中的絲杠加于設(shè)計和校核。其步驟如下： 首先對于一些參數(shù)說明如下： 軸向變載荷，其中i表示第i個工作載荷，i=1、2、3n ；第i個載荷對應(yīng)的轉(zhuǎn)速(r/min);第i個載荷對應(yīng)的工作時間 (h) ;絲桿副最大移動速度(mm/min);絲桿預(yù)期壽命。3.2.1型號選擇（1）計算絲杠副的主要參數(shù) 根據(jù)使用工作條件，查得載荷系數(shù)=1.0系數(shù)=1.5； 計算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 計算當(dāng)量載荷 初步確定導(dǎo)程 取4mm計算絲桿預(yù)期工作轉(zhuǎn)速計算絲桿所需的額定載荷（2）選擇絲桿型號根據(jù)初定的和計算的，選取導(dǎo)程為4mm，額定載荷大于的絲桿。所選絲桿型號為CDM2004-2.5。其為外循環(huán)雙管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式系列絲杠。3.2.2校核計算（1）臨界轉(zhuǎn)速校核校核合格。（2）由于此絲桿是豎直放置，且其受力較小，溫度變化較小。所以其穩(wěn)定性、溫度變形等在此也沒必要校核。（3）絲杠的預(yù)緊預(yù)緊力一般取當(dāng)量載荷的三分之一或額定動載荷的十分之一。即：其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩3.3齒輪傳動的設(shè)計3.3.1齒輪尺寸計算為了傳動平穩(wěn)采用斜齒輪傳動，取=14 =191）對中心距進(jìn)行修正因?yàn)橛嬎泯X輪和后，經(jīng)過取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的重新計算中心距A作為齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)。修正中心距： （3.3）經(jīng)計算取中心距A=15mm2）對螺旋角進(jìn)行修正修正螺旋角： （3.4）經(jīng)計算取齒輪參數(shù)如表3.1所示。表3.1齒輪基本參數(shù)序號計算項(xiàng)目計算公式1齒數(shù)2分度圓直徑/mm3齒頂高/mm4齒寬/mm3.3.2 輪齒強(qiáng)度計算（1）輪齒彎曲強(qiáng)度計算斜齒輪彎曲應(yīng)力: （3.5）式中 計算載荷（Nmm）； 斜齒輪螺旋角； 應(yīng)力集中系數(shù)，可近似取=1.50； Z齒數(shù)； 法向模數(shù)（mm）； y齒形系數(shù)，可按當(dāng)量齒數(shù)在圖中查得； 齒寬系數(shù)； 重合度影響系數(shù)，=2.0。齒輪1，查齒形系數(shù)圖得y=0.132，代入得=342.25Mpa；齒輪2，查齒形系數(shù)圖得y=0.158，代入得=121.52Mpa；當(dāng)計算載荷取作用到最大轉(zhuǎn)矩時，許用應(yīng)力在180350Mpa范圍，所有斜齒輪滿足，故彎曲強(qiáng)度足夠。（2）輪齒接觸應(yīng)力計算 （3.6）式中 輪齒的接觸應(yīng)力,Mpa；F齒面上的法向力， ,N；圓周力（N），；計算載荷,Nmm；d節(jié)圓直徑,mm；節(jié)點(diǎn)處壓力角；齒輪螺旋角；E齒輪材料的彈性模量，合金鋼取E=2.1Mpa；b齒輪接觸的實(shí)際寬度,mm；、主、從動齒輪節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑（mm），直齒輪，斜齒輪；、為主、從動齒輪的節(jié)圓半徑（mm）。將上述有關(guān)參數(shù)代入式（3.6），并將作用在載荷/2作為計算載荷時，得出： 故所有齒輪滿足，接觸強(qiáng)度足夠。3.4其他參數(shù)設(shè)計結(jié)合日常手的操作，可將手指的運(yùn)動簡化，手指的各關(guān)節(jié)圍繞軸進(jìn)行90以內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。手指的橫向張并這里可以將其簡化忽略不記。為了將手指在不影響驅(qū)動力矩的前提下做到結(jié)構(gòu)尺寸要和人的手指接近一致，也就是比例接近1：1。結(jié)合人的手指得到以下數(shù)據(jù)：遠(yuǎn)節(jié)指骨中食指、中指、無名指的尺寸近似25mm，小指的尺寸大約為20mm而大拇指的尺寸大約為30mm；中節(jié)指骨中前三指的尺寸大約為30mm，小指的尺寸為15mm而大拇指沒有中節(jié)指骨；遠(yuǎn)節(jié)指骨中前三指的尺寸近似為25mm，小指的尺寸為20mm而大拇指的尺寸為30mm；近節(jié)指骨中食指、無名指近似30mm，中指為33mm，小指20mm而大拇指為30mm。這里將食指無名指和食指近似一樣。各指骨的直徑為18mm而指節(jié)的轉(zhuǎn)動角度最大為90第4章基于Pro/E的三維設(shè)計4.1 Pro/E三維設(shè)計軟件簡介Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Pro/E第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。功能如下：（1）特征驅(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）；（2）參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；（3）通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計；（4）支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設(shè)計的程序化方法等）。（5）貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性。4.2三維設(shè)計4.2.1絲杠設(shè)計絲杠如下圖示：圖4-1絲杠4.2.2齒輪各齒輪設(shè)計結(jié)果如下圖示： 圖4-2齒輪4.2.3推桿、推桿筒體推桿、推桿筒體設(shè)計結(jié)果如下圖示： 圖4-3推桿、推桿筒體4.2.4支座支座如下：圖4-4 支座4.2.5手指指節(jié)、指頭手指指節(jié)、指頭如下： 圖4-5 手指指節(jié)、指頭4.2.6手掌前蓋、后蓋手掌前蓋、后蓋如下： 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)靈巧手作為一種特殊的末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)，本文對它在國內(nèi)外的現(xiàn)狀以及發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了簡單的分析，同時對于它在國內(nèi)的發(fā)展前景進(jìn)行了一定的描述。其中提及它的外形部分應(yīng)該更加仿人化，從人手的一些數(shù)據(jù)信息，在從機(jī)械設(shè)計方面對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的改變，得出既符合機(jī)械設(shè)計又與人類手指接近的尺寸大小。再進(jìn)行了手指自由度的分析計算，在不影響手指正常活動的合理范圍內(nèi)對自由度進(jìn)行一定程度的減少，這樣對設(shè)計會有很大的幫助，然后，就不同的驅(qū)動進(jìn)行了系統(tǒng)回路的探究并對各個傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的學(xué)習(xí)機(jī)會，通過這次對靈巧手指結(jié)構(gòu)設(shè)計理論知識和實(shí)際設(shè)計的相結(jié)合，鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識，解決實(shí)際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在，提高是有限的但卻是全面的，正是這一次畢業(yè)設(shè)計讓我積累了許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識武裝起來，也必然讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。參考文獻(xiàn)1 海向軍,何燁.人體解刨學(xué).北京：科學(xué)出版社，2013,9.2 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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)計課程設(shè)計圖冊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M. 北京：清華大學(xué)出版社，1994.致 謝大學(xué)生活即將結(jié)束，在這短短的四年里，讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友、工作嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)，在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠摯的感謝。首先，向本設(shè)計的指導(dǎo)老師表示最誠摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時間對我們進(jìn)行指導(dǎo)，時刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r，督促我們抓緊學(xué)習(xí)。老師給予的幫助貫穿于設(shè)計的全過程，從借閱參考資料到現(xiàn)場的實(shí)際操作，他都給予了指導(dǎo)，不僅使我學(xué)會書本中的知識，更學(xué)會了學(xué)習(xí)操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計重點(diǎn)，如何合理安排時間和論文的編寫，同時在畢業(yè)設(shè)計過程中，她和我們在一起共同解決了設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計幫助的老師們，以及同學(xué)們以誠摯的謝意，在整個設(shè)計過程中，他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷，更重要的是為我們提供不少技術(shù)方面的資料，在此感謝他們，沒有這些資料就不是一個完整的論文。另外，也向給予我?guī)椭乃型瑢W(xué)表示感謝。總之，本次的設(shè)計是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果，在設(shè)計的一個月里，我們合作的非常愉快，教會了大我許多道理，是我人生的一筆財富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示感謝！22