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南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
姓 名： 劉學(xué)偉
學(xué) 號(hào)： 060104212
外文出處：Neurocomputing 72 (2009) 3624–3630
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：
簽名：
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附件1：外文資料翻譯譯文
新興的運(yùn)動(dòng)特性：學(xué)習(xí)鉸接式移動(dòng)機(jī)器人中關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)性
Diego Pardo，Cecilio Angulo，Sergi del Moral, Andreu Catal_a
CETpD，技術(shù)研究中心，ESAII-UPC，自動(dòng)控制系，加泰羅尼亞技術(shù)大學(xué)、VilanovailaGeltr′u, 巴塞羅那，西班牙
關(guān)鍵字：
鉸接式移動(dòng)機(jī)器人
運(yùn)動(dòng)特性
機(jī)器人的學(xué)習(xí)
摘要
在這篇文章中，我們分析評(píng)價(jià)鉸接式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性一般方法背后的意義而這種鉸接式移動(dòng)結(jié)構(gòu)處于折衷動(dòng)態(tài)平衡下，針對(duì)這些問(wèn)題，我們提出了新的方法和方法論，而此方法論描述了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特性，除了常見(jiàn)的方法，我們還假定解決方法中運(yùn)動(dòng)信息的有效性，但其不涉及工作區(qū)，控制結(jié)構(gòu)根據(jù)當(dāng)?shù)仃P(guān)于關(guān)節(jié)加速度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定控制策略，使驅(qū)動(dòng)自由度達(dá)到理想結(jié)構(gòu)。同時(shí)，得到的非驅(qū)動(dòng)自由度狀態(tài)被看作是這種策略的間接性概述，控制策略圍繞施加的簡(jiǎn)單基元進(jìn)行參數(shù)化的控制，通過(guò)改變參數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)變形，這種方法是最優(yōu)的。通過(guò)隨機(jī)算法去實(shí)現(xiàn)對(duì)非驅(qū)動(dòng)自由度的控制，從而達(dá)到理想的運(yùn)動(dòng)特性。
1.導(dǎo)言
鉸接式移動(dòng)機(jī)器人是一種自主系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的功能允許系統(tǒng)的類型有多樣話的運(yùn)動(dòng)特性，但對(duì)這些特性也加以限制。它的初始示例是由機(jī)器人比賽提供的，其中的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人用來(lái)踢足球。研究小組嘗試通過(guò)給定的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)使產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)特性更好，如：跑，踢，頭球和守門。因此，改善運(yùn)動(dòng)特性的性能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。然而，一些問(wèn)題是：（i）機(jī)器人的高效或速度不夠快是默認(rèn)步態(tài)嗎？(ii)機(jī)器人能跳嗎？（iii）機(jī)器人能舉起超過(guò)限重的重量嗎？因此，設(shè)計(jì)新的運(yùn)動(dòng)特性和克服身體本身的約束和限制是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。
鉸接式移動(dòng)機(jī)器人是一種非驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不是所有的自由度都被驅(qū)動(dòng)，因此普遍的動(dòng)平衡系統(tǒng)不斷遭到破壞。另外，它們也是多余的，比起那些象征意義上的機(jī)器人的控制元件有更多的自由度。如何去控制這一類型的機(jī)械裝置是不明顯的，這些對(duì)于研究機(jī)器人來(lái)說(shuō)一直都是開放的領(lǐng)域。我們?cè)谶@篇文章中找到了鉸接式機(jī)器人的人工合成方法，明白了運(yùn)動(dòng)特性是人們對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)和結(jié)論的解釋說(shuō)明。
為了限制一些問(wèn)題，我們會(huì)集中討論可能通過(guò)的其余部分的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)特性的編碼，運(yùn)動(dòng)由初始狀態(tài)和最終狀態(tài)等于零時(shí)定義，盡管如此，大多數(shù)鉸接式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性還是可以理解為一系列的間隙性運(yùn)動(dòng)，例如：伸出，拋和簡(jiǎn)單的姿態(tài)轉(zhuǎn)變。此外，循環(huán)和組成的過(guò)程可以被分解成這種類型的動(dòng)作序列。
文獻(xiàn)[9]中研究有關(guān)工作區(qū)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和剛體動(dòng)力學(xué)，但其實(shí)現(xiàn)的條件通常是建立足夠的理論特性上。當(dāng)合適的加速度被用來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力可以忽略不計(jì)，因此，機(jī)器人的能量消耗是人步行過(guò)程中所需能量的15倍，然而，它已經(jīng)被證明當(dāng)人步行時(shí)重力不是總是可以忽略不計(jì)而且重力是實(shí)際存在的。看來(lái)前面所給定的運(yùn)動(dòng)特性目前的解決方案只適合于在一個(gè)特定的情況。因此，解決問(wèn)題的方案是縮小理論的使用范圍而不是由機(jī)器人的性能來(lái)決定的。
然而，一些結(jié)果表明采用新的方案也可以解決問(wèn)題，也證實(shí)了新方案的可行性同時(shí)新方案還能增強(qiáng)機(jī)器人的性能。例如，在文獻(xiàn)[19]中寫到，在探索新領(lǐng)域解決方案時(shí)用合適的方法可以很大地提高工業(yè)機(jī)械手的最大負(fù)載。用參數(shù)化地手段制定最佳控制方法來(lái)解決自身動(dòng)力學(xué)和時(shí)間范圍的限制。與以往的步驟有所不同，該控制方法導(dǎo)致機(jī)器人更加容易操縱，沿著同樣的思路，一個(gè)相似的結(jié)論不久就出現(xiàn)在文獻(xiàn)[15]中,文獻(xiàn)中提到一個(gè)簡(jiǎn)單的二維三自由度的機(jī)器人能夠完成舉重的動(dòng)作，這樣能避免機(jī)器人工作時(shí)被局部化地限制。它除了最大化解除負(fù)載外，還能完全地用其他方式來(lái)完成同樣的動(dòng)作。以上兩種方法都是直接聯(lián)接在運(yùn)轉(zhuǎn)和扭矩命令之間，工作區(qū)所需的必要條件幾乎為零，這樣系統(tǒng)能夠更自由地結(jié)束運(yùn)轉(zhuǎn)。兩種方法都被最有效地作為主要途徑使用。
最近，越來(lái)越多地把注意力放到了學(xué)習(xí)開發(fā)機(jī)器人性能的領(lǐng)域。最新的期刊刊登的都是圍繞著早期仿制機(jī)器人，這些機(jī)器人的工作區(qū)都是屬于人為的，隨后，機(jī)器人關(guān)節(jié)都是通過(guò)一些參數(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)控制的，這就是所謂地動(dòng)力控制系統(tǒng)。大多數(shù)RL算法同樣適用于計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人，此控制政策已經(jīng)在文獻(xiàn)[13]中寫到。
在作者寫的這篇文章中，我們假設(shè)所得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)初期和末期的信息是相同的，我們的控制準(zhǔn)則是建立在當(dāng)?shù)仃P(guān)節(jié)變速水平的基礎(chǔ)上，使驅(qū)動(dòng)自由度達(dá)到最終的理想狀態(tài)。同時(shí)，非驅(qū)動(dòng)自由度的最終形態(tài)以驅(qū)動(dòng)自由度的分布圖的形式畫出來(lái)。用作加速控制器提供所需的系統(tǒng)屬性控制DSs。
隨后，我們?cè)谶@篇文章中提供了相關(guān)問(wèn)題實(shí)質(zhì)性的描述。站立運(yùn)動(dòng)特性表明那些非驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性的動(dòng)力平衡問(wèn)題是可以調(diào)試的。圖一顯示了起初和最終的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。其中特別提到了它的運(yùn)動(dòng)特性是初速和最終速度都等于零的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。機(jī)器狗開始是躺倒的姿勢(shì)，隨后將會(huì)站立并以圖1-b所示的動(dòng)作結(jié)束。然而重力和其他非線性運(yùn)動(dòng)可能會(huì)讓機(jī)器狗以不同的方式結(jié)束運(yùn)動(dòng)，如圖1-c所示。
（a）起初機(jī)器狗將要站立 （b）期望的站立方式 （c）站立失敗
圖1
我們?cè)诘诙鹿?jié)寫了基本的定義和正規(guī)的公式化問(wèn)題。接著，在第三章節(jié)中提到了計(jì)算操作器的方法論。在第四章節(jié)中，應(yīng)用這些方法論展示機(jī)器人模仿人的運(yùn)動(dòng)特性。最終，結(jié)論都匯集在第五章節(jié)中。
2.控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性
以一個(gè)參照系為基準(zhǔn)，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)確定了機(jī)械裝置所有部分的位置 ，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是由獨(dú)立位置變化的矢量q決定的, ;q定義了機(jī)械裝置自由度的數(shù)量。機(jī)器人關(guān)節(jié)之間的空隙是一組不確定值的集合，以方向和速度規(guī)定的機(jī)器人用坐標(biāo)的形式表示為：。
這些機(jī)器人的結(jié)構(gòu)定義了工作區(qū)，記作，。q和x的關(guān)系如下：
（1）
其中該機(jī)器人的自由度數(shù)量比x大，比操作所需的自由度數(shù)量多的多，因此顯得有些多余。
速度和加速度之間的關(guān)系可以通過(guò)對(duì)（1）式的求導(dǎo)和二次求導(dǎo)得出：
（2）
其中是的雅可比矩陣
既然，描述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的原理已經(jīng)形成了，現(xiàn)在專注于機(jī)器人的應(yīng)力，其中應(yīng)力和加速度的關(guān)系可以寫成：
（3）
當(dāng)瞬時(shí)加速度和矢量q的方向一致時(shí)，系統(tǒng)是沒(méi)有驅(qū)動(dòng)力的。對(duì)于鉸接式移動(dòng)機(jī)器人而言，自由度可以被看作成一個(gè)建立在機(jī)器人身上的慣性參數(shù)。
假設(shè)鉸接式機(jī)器人是不能彎曲的，它們的運(yùn)動(dòng)形態(tài)可以作為二階邏輯系統(tǒng)來(lái)描述，如果這樣扭矩就會(huì)影響到其它力在構(gòu)件上的相互作用。我們可以把它們之間的關(guān)系表達(dá)成：
（4）
驅(qū)動(dòng)加速度自由度表示為，非驅(qū)動(dòng)加速度的自由度表示為，考慮到個(gè)別特殊的情況，我們可以增強(qiáng)系統(tǒng)在（4）中的原動(dòng)力
（5）
其中慣性矩陣被分離成，因此如上式所知，M、驅(qū)動(dòng)加速度、非驅(qū)動(dòng)加速度三者之間有著密切地關(guān)聯(lián)。
在用加速度等級(jí)控制驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的基礎(chǔ)上采用原動(dòng)力系統(tǒng)作為策略，這樣可以隨時(shí)限制加速度命令。所設(shè)計(jì)的策略讓每個(gè)關(guān)節(jié)地最終狀態(tài)都以順暢的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行，并把它的結(jié)構(gòu)形式定義為：，我們起初定義它的運(yùn)動(dòng)方式為：
（6）
上式表示關(guān)節(jié)的坐標(biāo)有誤差時(shí)，t用i代替其速度和位置。
我們用下式定義一個(gè)局部的策略
（7）
其中是關(guān)節(jié)的理想加速度，在這里，我們假設(shè)存在一個(gè)低級(jí)控制器使理想加速度符合轉(zhuǎn)矩命令。由此得到，我們假設(shè)的驅(qū)動(dòng)自由度的實(shí)際加速度就是文獻(xiàn)[7]中所給出的。
緊接著，我們定義下式作為基本的方法：
（8）
當(dāng)這個(gè)基本方法被使用時(shí)，有誤差的關(guān)節(jié)的位置和速度就可以表示為。當(dāng)非對(duì)角線上的額外力不等于零時(shí)，系統(tǒng)的原動(dòng)力就會(huì)發(fā)生改變。
整個(gè)完整的方法一般地被定義為，它能夠完全表達(dá)出使用時(shí)間，用一種簡(jiǎn)單的表達(dá)式：
（9）
其中矩陣，矩陣。
帶著分析機(jī)器人全身運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)性能的目的，在文獻(xiàn)[5]寫到的結(jié)果對(duì)非驅(qū)動(dòng)自由度的影響：一般用表示，更精確地表示成，
（10）
記下外力和力的相互關(guān)系，可以看得出，它們一起改變了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性。它們?cè)谟绊懀?）式的同時(shí)還影響機(jī)器人內(nèi)部動(dòng)力的工作軌跡。
如果函數(shù)被定義為（11），那么計(jì)算機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的問(wèn)題能夠得到有效地解決。
得到：
（12）
在（7）中所提到的參數(shù)需滿足上面的的限制條件，在下一章節(jié)我們將會(huì)涉及到最佳結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，此機(jī)器人的加速度和運(yùn)動(dòng)特性都是最佳的。
3.學(xué)習(xí)控制方法
找到合適的加速度是解決這一變量問(wèn)題的必要途徑。我們通過(guò)測(cè)量機(jī)器人完成任務(wù)時(shí)的動(dòng)作結(jié)合一些參數(shù)定義了如下式的目標(biāo)函數(shù)：
（13）
其中，是代表機(jī)器人在特定參數(shù)條件下結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形態(tài)的標(biāo)量，在（13）中我們已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)地描述。我們給定機(jī)器人結(jié)構(gòu)一個(gè)最初值和最終值，結(jié)果顯示相比理想結(jié)構(gòu)，最終結(jié)構(gòu)能夠有效地表示出操縱器的優(yōu)點(diǎn)
（14）
另外，當(dāng)非驅(qū)動(dòng)自由度是一個(gè)假設(shè)的概念時(shí)，那么一個(gè)相等的目標(biāo)函數(shù)就能夠算出工作矢量的實(shí)際值和理論值
（15）
這樣意味著，x必須是已知的。
如果降低函數(shù)的次數(shù)是我們的目標(biāo)，那么優(yōu)化參數(shù)的計(jì)算方法可能會(huì)是降低函數(shù)次數(shù)的最佳方法，
（16）
其中，r是循環(huán)數(shù)，并且。R的梯度W在寫成。我們舉一個(gè)PGRL算法的例子，梯度的隨機(jī)近似值在[4]中通過(guò)特別項(xiàng)的理論值被給出
（17）
其中是梯度在中的估算值，是隨機(jī)矢量，u是一個(gè)系數(shù)；是參數(shù)向量的值。它在[4]中已經(jīng)介紹過(guò)，梯度的近似值導(dǎo)致集合趨于極小值。
為了解決（17），嘗試讓機(jī)器人所有關(guān)節(jié)都伸展，結(jié)果表明它只適合于單個(gè)關(guān)節(jié)的伸展。實(shí)際上，單個(gè)關(guān)節(jié)只滿足[4]中梯度的運(yùn)算。在這兒我們寫了相關(guān)的計(jì)算程序
輸入：u,b,
1. 重復(fù)
2. 選擇
3. 用攝動(dòng)參數(shù)完成延伸
4. 自動(dòng)檢測(cè)約束構(gòu)件
5. 計(jì)算性能
6. 估算梯度向量
7. 直到梯度估算值等于
返回：梯度估算值
其中定義為梯度估算值的平均值
4.結(jié)果
在一個(gè)簡(jiǎn)單的仿人機(jī)器人實(shí)驗(yàn)中，機(jī)器人剛開始處于站立的位置，最終讓機(jī)器人伸出一條腿時(shí)保持平衡狀態(tài)，圖2中是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的示意圖
（a）初始姿態(tài) （b）最終姿態(tài)
圖2
仿人機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中使用了四個(gè)關(guān)節(jié)：左踝關(guān)節(jié)，右踝關(guān)節(jié)，臀部和膝蓋,b=4.(詳細(xì)地見(jiàn)圖3)。然而，由于仿人機(jī)器人的動(dòng)力平衡條件，廣義坐標(biāo)向量的數(shù)值需要確定其姿勢(shì)和方向，其中。作為在第二章節(jié)所描述的方法，每個(gè)驅(qū)動(dòng)自由度都是用手工建立的。機(jī)器人關(guān)節(jié)的加速度的變化如圖4所示。在（8）中明確地用基本原理的方法形成加速度，盡管實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡不能達(dá)到理想軌跡，但非驅(qū)動(dòng)自由度的機(jī)器人能夠用一種完全不同的方式完成下蹲動(dòng)作。
在第三章節(jié)中我們介紹了梯度下降的方法，把假設(shè)的自由度降到最低，緊接著就出現(xiàn)了：機(jī)器人在沒(méi)有下蹲的情況下完成了運(yùn)動(dòng)過(guò)程。在圖5中畫出了四個(gè)驅(qū)動(dòng)自由度的速度分布圖。
（a）臀部關(guān)節(jié)
（b）踝關(guān)節(jié) （c）膝蓋
圖3
(a)左踝關(guān)節(jié)軌跡 （b）右踝關(guān)節(jié)軌跡
圖4
（a）膝蓋 （b）臀部
（c）左踝關(guān)節(jié) （d） 右踝關(guān)節(jié)
圖5:虛線為正常軌跡，實(shí)線為變形軌跡
5討論和結(jié)論
隨著鉸接式移動(dòng)機(jī)器人適用性的增強(qiáng)，高效的處理器和適用的用戶界面，機(jī)器人正離開實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)人們的日常生活中。沒(méi)有輪子的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)正被普遍地用于各種平臺(tái)。這在機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程是中一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)意圖的角度出發(fā)，對(duì)這些運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分類。這類的運(yùn)動(dòng)特性包括：舉重，跳高，扔鏈球，坐下。通常，用機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)解決有關(guān)工作區(qū)的問(wèn)題，而不能解決機(jī)器人本身運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的問(wèn)題。對(duì)應(yīng)的工作區(qū)似乎破壞了機(jī)器人性能和運(yùn)動(dòng)目的之間的關(guān)系。這里我們已經(jīng)分析過(guò)了這些現(xiàn)象并用不同的觀點(diǎn)解決了運(yùn)動(dòng)特性的所帶來(lái)的問(wèn)題。
在我們的觀點(diǎn)中，我們要求取消工作區(qū)的限制條件，同時(shí)，一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息可以對(duì)驅(qū)動(dòng)自由度的機(jī)器人提供一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的指南。不過(guò)，非驅(qū)動(dòng)自由度的關(guān)節(jié)直接依賴于驅(qū)動(dòng)自由度關(guān)節(jié)所產(chǎn)生的加速度。
從驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的最終形態(tài)的前提出發(fā)，產(chǎn)生的加速度能夠使每個(gè)關(guān)節(jié)都能夠運(yùn)動(dòng)至最終的目的地。在加速度水平的前提下，我們定義的控制策略只能夠使單個(gè)關(guān)節(jié)達(dá)到它的理想值。然而，就我們所知道的機(jī)器人關(guān)節(jié)加速度的分布圖是不能夠完全解決非驅(qū)動(dòng)加速度的運(yùn)動(dòng)特性。我們選用當(dāng)?shù)貐?shù)DSs ，通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)改變加速度的大小。這種策略和其他策略一樣都是依賴于當(dāng)?shù)氐募铀俣取Ｎ覀儼堰@一效應(yīng)稱之為加速度的控制策略。
在整體控制策略的規(guī)劃下，非驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的理論值和采用當(dāng)?shù)夭呗运玫降慕Y(jié)果幾乎是一致的。
該策略擁有這些測(cè)量特性，它讓迭代梯度值最小化。其中關(guān)鍵的是要讓該策略與參數(shù)值有直接關(guān)系。如果在每次迭代時(shí)，目標(biāo)函數(shù)是已知的，則只需改變參數(shù)的大小就能改善關(guān)節(jié)的性能。可這種關(guān)系又是不明確的，因此，我們便用一個(gè)隨機(jī)變量來(lái)逼近梯度值，這是基于系統(tǒng)性能的迭代方法，對(duì)此我們有證據(jù)顯示這是機(jī)械的推斷學(xué)習(xí)，在該情況下學(xué)習(xí)綜合的運(yùn)動(dòng)特性。
平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)
第一章 緒 論
隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動(dòng)化，已愈來(lái)愈引起人們的重視。
機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，專業(yè)性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，使用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快地改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。
本次課程設(shè)計(jì)的平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手是應(yīng)用于上下料、搬運(yùn)環(huán)類零件，從內(nèi)孔夾持工件，代替人手的繁重勞動(dòng)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
本次課程設(shè)計(jì)是通過(guò)設(shè)計(jì)平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
第二章 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)
平面關(guān)節(jié)型機(jī)器手又稱SCARA型裝配機(jī)器手，是Selective Compliance Assembly Robot Arm的縮寫，意思是具有選擇柔順性的裝配機(jī)器人手臂。在水平方向有柔順性，在垂直方向有較大的剛性。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)格零件的插接裝配，如在電子工業(yè)零件的插接、裝配中應(yīng)用廣泛。
2.1 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手總體方案分析
2.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
本次課程設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)的任務(wù)是：上下料搬運(yùn)機(jī)械手，3個(gè)自由度，平面關(guān)節(jié)型；需要搬運(yùn)的工件：環(huán)類零件，內(nèi)孔直徑50mm；高150mm,厚10mm,（只能從內(nèi)孔夾持工件），材料40鋼，將工件從一條輸送線搬運(yùn)到與之平行的另一條輸送線上，（兩輸送線距離為2.4m,高度差0.4m）。
本次課程設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2.1
表2.1
機(jī)械手類型
平面關(guān)節(jié)型
抓取最大重量
2.2Kg
自由度
3個(gè)（2個(gè)回轉(zhuǎn)1個(gè)移動(dòng)）
大臂
長(zhǎng)658mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角240，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)控制
小臂
長(zhǎng)564mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角240，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)控制
移動(dòng)關(guān)節(jié)
氣缸驅(qū)動(dòng) 行程開關(guān)控制
手指
氣缸驅(qū)動(dòng) 行程開關(guān)控制
2.1.2 方案選擇
根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要分析出，抓取和轉(zhuǎn)動(dòng)是最主要的功能。這兩項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的伺服控制驅(qū)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型三自由度機(jī)器人，利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和齒輪減速傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)大臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；利用另一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)，從而使小臂與移動(dòng)關(guān)節(jié)連在一起實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)；考慮到本設(shè)計(jì)中的機(jī)器人工作范圍不大，故利用氣缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)；末端夾持器則采用內(nèi)撐式夾持器，用小型氣缸驅(qū)動(dòng)夾緊。
2.2 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)分析
2.2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析
根據(jù)設(shè)計(jì)要求和參數(shù)表分析得出，機(jī)械手分為機(jī)身、大臂、小臂、上下移動(dòng)關(guān)節(jié)、手指部五部分構(gòu)成，其中機(jī)身與大臂、大臂與小臂連接處安置電機(jī)，小臂連接移動(dòng)關(guān)節(jié)帶動(dòng)手指上下搬運(yùn)環(huán)類工件，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)實(shí)體圖如下“圖2-1”所示。
圖 2-1 結(jié)構(gòu)實(shí)體圖
根據(jù)實(shí)體圖觀察及設(shè)計(jì)要求描述，繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，θ1為大臂回轉(zhuǎn)角，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，θ2為小臂回轉(zhuǎn)角，移動(dòng)關(guān)節(jié)上下移動(dòng)，共三個(gè)自由度，簡(jiǎn)圖如圖“2-2”所示。
由“圖2-1”及設(shè)計(jì)要求分析，大臂和小臂可回轉(zhuǎn)240度，在兩條輸送帶間工作，將工件從一條輸送線搬運(yùn)到與之平行的另一條輸送線上，分析出工作空間如下圖“圖2-3”所示。
圖 2-2 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.2.2 工作原理分析
本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手大臂通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)與機(jī)身連接，關(guān)節(jié)處安放驅(qū)動(dòng)裝置，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，為提高精度采用一級(jí)齒輪聯(lián)接減速，帶動(dòng)大臂轉(zhuǎn)動(dòng)，速度、頻率又單片機(jī)控制；大臂與小臂亦通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接，關(guān)節(jié)處轉(zhuǎn)配驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)與大臂關(guān)節(jié)處相同；移動(dòng)關(guān)節(jié)與小臂固定連接，移動(dòng)關(guān)節(jié)使用氣缸或液壓缸，活塞桿連接手指上下移動(dòng)；手指通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)控制夾具指，使夾具體從內(nèi)部抓取環(huán)類工件。傳動(dòng)原理圖如下圖“圖2-4”所示。
圖 2-3 工作空間圖
圖2-4 傳動(dòng)原理圖
第三章 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)
工業(yè)機(jī)械手的手部是用來(lái)抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、準(zhǔn)確和牢靠程度都將直接影響到工業(yè)機(jī)械手的工作性能，它是工業(yè)機(jī)械手的關(guān)鍵部件之一。
3.1.1 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問(wèn)題
(1) 手指應(yīng)有足夠的夾緊力，為使手指牢靠的夾緊工件，除考慮夾持工件的重力外，還應(yīng)考慮工件在傳送過(guò)程中的動(dòng)載荷。
(2) 手指應(yīng)有一定的開閉范圍。其大小不僅與工件的尺寸有關(guān)，而且應(yīng)注意手部接近工件的運(yùn)動(dòng)路線及其方位的影響。
(3) 應(yīng)能保證工件在手指內(nèi)準(zhǔn)確定位。
(4) 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(5) 根據(jù)應(yīng)用條件考慮通用性。
3.1.2 工件重量的計(jì)算
其中g(shù)取10m/s2
取G=22（N）
3.1.3 手指夾緊力的計(jì)算
（3-1）
f為手指與工件的靜摩擦系數(shù)，工件材料為40號(hào)鋼，手指為鋼材，查《機(jī)械零件手冊(cè)》 表2-5 ，f=0.15 。
所以
取N=40（N）
驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算:
（3-2）
圖3-1
為斜面傾角，，為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，這里為平摩擦傳動(dòng)，查《機(jī)械零件手冊(cè)》表2-2 這里取 0.85，所以
取p=50(N)
活塞手抓重量的估算:
r為桿的半徑，h為長(zhǎng)度，g取10m/s2
3.1.4 氣缸的設(shè)計(jì)
因?yàn)闅鈮汗ぷ鲏毫^低，對(duì)氣動(dòng)組件的材質(zhì)和精度要求較液壓底，無(wú)污染，動(dòng)作迅速反映快，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用安全。而且此處作用力不大，所以選氣壓傳動(dòng)。
氣缸內(nèi)型選擇：
由于行程短，選單作用活塞氣缸，借彈簧復(fù)位。
氣缸的計(jì)算:
氣壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算:
按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》公式 13-1。
(3-3)
D為氣缸的內(nèi)徑(m)，P為工作壓力（Pa）,為負(fù)載率，負(fù)載率與氣缸工作壓力有關(guān)，取，查《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表13-2 由于氣缸垂直安裝，所以取P=0.3。
按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表13-3選取32mm.
活塞桿直徑d的計(jì)算:
一般，此選0.2
mm
按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表13-4 選取8mm
氣缸壁厚的計(jì)算
按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表13-5查得
彈簧力的F的估算:
所以選擇的彈簧件。
3.2 移動(dòng)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)
3.2.1 驅(qū)動(dòng)方式的比較
機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，和機(jī)械傳動(dòng)四種。一臺(tái)機(jī)械手可以只用一種驅(qū)動(dòng)，也可以用幾種方式聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，各種驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)見(jiàn)表“3-1”。
表3-1
比較內(nèi) 容
驅(qū)動(dòng)方式
機(jī)械傳動(dòng)
電機(jī) 驅(qū)動(dòng)
氣壓傳動(dòng)
液壓傳動(dòng)
異步電機(jī)，直流電機(jī)
步進(jìn)或伺服電機(jī)
輸出力矩
輸出力矩較大
輸出力可較大
輸出力矩較小
氣體壓力小，輸出力矩小，如需輸出力矩較大，結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大
液體壓力高，可以獲得較大的輸出力
控制性能
速度可高，速度和加速度均由機(jī)構(gòu)控制，定位精度高，可與主機(jī)嚴(yán)格同步
控制性能較差，慣性大，步易精確定位
控制性能好，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜
可高速，氣體壓縮性大，阻力效果差，沖擊較嚴(yán)重，精確定位較困難，低速步易控制
油液壓縮性小，壓力流量均容易控制，可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制
體積
當(dāng)自由度多時(shí)，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，體積液較大
要油減速裝置，體積較大
體積較小
體積較大
在輸出力相同的條件下體積小
維修使用
維修使用方便
維修使用方便
維修使用較復(fù)雜
維修簡(jiǎn)單，能在高溫，粉塵等惡劣環(huán)境種使用，泄漏影響小
維修方便，液體對(duì)溫度變化敏感，油液泄漏易著火
應(yīng)用范圍
適用于自由度少的專用機(jī)械手，高速低速均能適用
適用于抓取重量大和速度低的專用機(jī)械手
可用于程序復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手
中小型專用通用機(jī)械手都有
中小型專用通用機(jī)械手都有，特別時(shí)重型機(jī)械手多用
成本
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，一般工廠可以自己制造
成本低
成本較高
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能源方便，成本低
液壓元件成本較高，油路也較復(fù)雜
3.2.2 氣缸的設(shè)計(jì)
因?yàn)闅鈮汗ぷ鲏毫^低，對(duì)氣動(dòng)組件的材質(zhì)和精度要求較液壓底，無(wú)污染，動(dòng)作迅速反映快，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用安全。而且此處作用力不大，所以選氣壓傳動(dòng)。
氣缸內(nèi)型選擇：因?yàn)榛钊谐梯^長(zhǎng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以選雙作用單活塞氣缸，利用壓縮空氣使活塞向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。
初選活塞桿直徑d=12mm，估算其重量
取為5N
取為80N
氣壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算
按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》公式 13-1
（3-4）
D為氣缸的內(nèi)徑(m)，P為工作壓力（Pa）,為負(fù)載率，負(fù)載率與氣缸工作壓力有關(guān)，取，查《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表13-2 由于氣缸垂直安裝，所以取P=0.3。一般，此選0.3
按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表13-3選取40mm。
一般，此選0.3
mm
氣缸壁厚的計(jì)算：
按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表13-5查得。
氣缸重量的計(jì)算：
其中：R為氣缸外徑，r為氣缸內(nèi)徑，h為氣缸長(zhǎng)度，g取10，為氣缸材料密度，取25N。
3.3 小臂的設(shè)計(jì)
臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支撐手部和腕部，主要用來(lái)改變工件的位置。手部在空間的活動(dòng)范圍主要取決于臂部的運(yùn)動(dòng)形式。
3.3.1 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問(wèn)題
(1) 剛度要好，要合理選擇臂部的截面形狀和輪廓尺寸，空心桿比實(shí)心桿剛度大的多，常用鋼管做臂部和導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼左支撐板，以保證有足夠的剛度。
(2) 偏重力矩要小，偏重力矩時(shí)指臂部的總重量對(duì)其支撐或回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的力矩。
(3) 重量要輕，慣量要小，為了減輕運(yùn)動(dòng)時(shí)的沖擊，除采取緩沖外，力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，以減少慣性力。
(4) 導(dǎo)向性要好。
3.3.3 小臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
把小臂的截面設(shè)計(jì)成工字鋼形式，這樣抗彎系數(shù)大，使截面面積小，從而減輕小臂重量，使其經(jīng)濟(jì)、輕巧。
初選10號(hào)工字鋼。理論重,小臂長(zhǎng)為564mm。
較核：（N）取75N。其受力如下圖:
圖3-2
F=75+105=180（N）
按《材料力學(xué)》公式5.11
（3-5）
其中h為工字鋼的高度，b為工字鋼的腰寬，Q為所受的力。
根據(jù)
所以選10號(hào)工字鋼合適。
3.3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
大軸的直徑取25mm，材料為45號(hào)鋼。
受力如下圖:
圖3-3
驗(yàn)算：
F=180N
所以合適。
3.3.5 軸承的選擇
因?yàn)樯陷S承只受徑向，下軸承受軸向力和徑向力，所以選用圓錐滾子軸承，按《機(jī)械零件手冊(cè)》表9-6－1（GB 297-84）選7304E，d=25mm， e=0.3。
軸承的校核：
因?yàn)榇颂庉S承做低速的擺動(dòng)，所以其失效形式是，接觸應(yīng)力過(guò)大，產(chǎn)生永久性的過(guò)大的凹坑（即材料發(fā)生了不允許的永久變形），按軸承靜載能力選擇的公式為：《機(jī)械設(shè)計(jì)》13-17
其中為當(dāng)量靜載荷，為軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)，取決于軸承的使用條件。按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表3-8 作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸承,沖擊及不均勻載荷,此處取1.5。
上軸承受純徑向載荷,
所以
因此軸承合適。
下軸承受徑向和軸向載荷,；
R為徑向載荷；
A為軸向載荷；
X Y分別為徑向軸向載荷系數(shù)，其值按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13－5查取
因?yàn)?
所以
所以
因此軸承合適，小軸承受力很小，所以不用校核。
3.3.6 軸承摩擦力矩的計(jì)算：
如果 （C為基本額定動(dòng)載荷，P為所受當(dāng)量動(dòng)載荷），可按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 (16.1-13)公式:
估算
其中:為滾動(dòng)軸承摩擦因數(shù)，F(xiàn)為軸承載荷，d為軸承內(nèi)徑。
查表《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 表16.1-29得。
，所以也可以用此公式估算。
所以
查表《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 表16.1-29得，
，所以也可以用此公式估算
所以
因?yàn)槟Σ亮匦∮?.1，所以忽略不計(jì)。
3.3.7 驅(qū)動(dòng)選擇
因?yàn)樗栩?qū)動(dòng)力小，精度要求不很高，所以選擇控制方便，輸出轉(zhuǎn)角無(wú)長(zhǎng)期
積累誤差的步進(jìn)電機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)的選擇：步距角要小，要滿足最大靜轉(zhuǎn)矩，因?yàn)檗D(zhuǎn)速低不考慮矩頻特性，按《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表2-11 BF反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)表查取，
選45BF005，其主要參數(shù)如下：
步矩角1.5度，電壓27伏，最大靜轉(zhuǎn)矩0.196N.M，質(zhì)量0.4kg,外徑45mm,長(zhǎng)度58mm,軸徑4mm。
精度驗(yàn)證:能夠滿足精度要求，
為了提高精度，采用一級(jí)齒輪傳動(dòng).5。
的齒數(shù)為20，的齒數(shù)為70。
按《機(jī)械原理》表8-2標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表（GB1357-87）取m=1，取
則
齒輪寬度計(jì)算：
按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7 圓柱齒輪的齒寬度系數(shù)，兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置取0.9—1.4, 此處取1。
則
為了防止兩齒輪因裝配后軸向稍有錯(cuò)位而導(dǎo)致嚙合齒寬減少，要適當(dāng)加寬，所以取24mm。
3.4 大臂的設(shè)計(jì)
3.4.1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
把大臂的截面設(shè)計(jì)成工字鋼形式，這樣抗彎系數(shù)大，使截面面積小，從而減輕小臂重量，使其經(jīng)濟(jì)、輕巧。
選14號(hào)工字鋼。理論重,小臂長(zhǎng)為658mm。
較核：（N）
取140N
其受力如圖:
圖3-4
F=75+105+140=320（N）
按《材料力學(xué)》公式5.11
（3-6）
其中h為工字鋼的高度，b為工字鋼的腰寬，Q為所受的力。
根據(jù)
所以選10號(hào)工字鋼合適。
3.4.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸的直徑取25mm，材料為45號(hào)鋼。
其受力如下圖:
圖3-5
驗(yàn)算：
F=320N
所以合適。
3.4.3 軸承的選擇
大軸軸承的選擇：因?yàn)樯陷S承只受徑向，下軸承受軸向力和徑向力，所以選用圓錐滾子軸承，按《機(jī)械零件手冊(cè)》表9-6－1（GB 297-84）選7304E，d=25mm e=0.3。
軸承的校核
因?yàn)榇颂庉S承做低速的擺動(dòng)，所以其失效形式是，接觸應(yīng)力過(guò)大，產(chǎn)生永久性的過(guò)大的凹坑（即材料發(fā)生了不允許的永久變形），按軸承靜載能力選擇的公式為：
《機(jī)械設(shè)計(jì)》13-17
其中為當(dāng)量靜載荷，為軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)，取決于軸承的使用條件。按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表3-8 作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸承,沖擊及不均勻載荷,此處1.5。
上軸承受純徑向載荷,
所以
因此軸承合適。
下軸承受徑向和軸向載荷,；
R為徑向載荷；
A為軸向載荷；
X Y分別為徑向軸向載荷系數(shù)，其值按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13－5查取
因?yàn)?；
所以
所以
因此軸承合適，小軸承受力很小，所以不用校核。
3.4.4 軸承摩擦力矩的計(jì)算
如果 （C為基本額定動(dòng)載荷，P為所受當(dāng)量動(dòng)載荷），可按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 (16.1-13)公式:
估算
其中:為滾動(dòng)軸承摩擦因數(shù)，F(xiàn)為軸承載荷，d為軸承內(nèi)徑。
查表《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 表16.1-29得，
，所以也可以用此公式估算
所以
查表《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 表16.1-29得，
，所以也可以用此公式估算
所以
此處摩擦力矩亦小于0.1，忽略不計(jì)。
3.4.5 伺服系統(tǒng)的選擇
因?yàn)樗栩?qū)動(dòng)力小，精度要求不很高，所以選擇控制方便，輸出轉(zhuǎn)角無(wú)長(zhǎng)期積累誤差的步進(jìn)電機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)的選擇：步距角要小，要滿足最大靜轉(zhuǎn)矩，因?yàn)檗D(zhuǎn)速低不考慮矩頻特性，按《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表2-11 BF反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)表查取，
選45BF005，其主要參數(shù)如下：
步矩角1.5度，電壓27伏，最大靜轉(zhuǎn)矩0.196N.M，質(zhì)量0.4kg,外徑45mm,長(zhǎng)度58mm,軸徑4mm。
精度驗(yàn)證:
所以不能滿足精度要求,不能直接傳動(dòng),要變速機(jī)構(gòu)
在此選用直齒圓柱齒輪
為了提高精度，采用一級(jí)齒輪傳動(dòng).5。
的齒數(shù)為20，的齒數(shù)為70。
按《機(jī)械原理》表8-2標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表（GB1357-87）取m=1，取
則
齒輪寬度計(jì)算：
按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7 圓柱齒輪的齒寬度系數(shù)。
兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置取0.9—1.4,此處取1。
則。
為了防止兩齒輪因裝配后軸向稍有錯(cuò)位而導(dǎo)致嚙合齒寬減少，要適當(dāng)加寬，所以取24mm。
3.5 機(jī)身的設(shè)計(jì)
機(jī)身是支承臂部的部件，升降，回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等都可以裝在機(jī)身上。
3.5.1 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問(wèn)題
(1) 要有足夠的剛度和穩(wěn)定性。
(2) 運(yùn)動(dòng)要靈活，升降運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)套長(zhǎng)度不宜過(guò)短，否則可能產(chǎn)生卡死現(xiàn)象；一般要有導(dǎo)向裝置。
(3)結(jié)構(gòu)布置要合理，便于裝修。
由于此設(shè)計(jì)要求為三個(gè)自由度，所以此處無(wú)運(yùn)動(dòng)要求，只用來(lái)支承。只要?jiǎng)偠饶軡M足就行了，高度可根據(jù)自動(dòng)線的高低確定。
結(jié)束語(yǔ)
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙?lái)所學(xué)的知識(shí)做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)共同討論問(wèn)題。同時(shí)也遇到很多問(wèn)題，如設(shè)計(jì)綜合考慮不夠周全。但這對(duì)我以后的工作有很大的幫助,今后我會(huì)在工作中不斷的學(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。
最后感謝學(xué)校、學(xué)院各位老師幾年來(lái)給我的教育和培養(yǎng)，特別感謝我的指導(dǎo)師給我精心的指導(dǎo)。
參考文獻(xiàn)
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[9] 吳振彪.工業(yè)機(jī)器人.武漢:華中理工出版社，1998
目錄
第1章 緒論…………………………………………1
第2章 機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) …………………… 2
2.1 總體方案分析 …………………………… 2
2.2 總體結(jié)構(gòu)分析 …………………………… 3
第3章 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) …………………… 6
3.1 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)…………………………… 6
3.2 移動(dòng)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)…………………………… 9
3.3 小臂的設(shè)計(jì) ……………………………… 11
3.4 大臂的設(shè)計(jì) ……………………………… 16
3.5 機(jī)身的設(shè)計(jì) ……………………………… 18
結(jié)束語(yǔ) ………………………………………… 21
參考文獻(xiàn) ………………………………………… 22