机电一体化课程设计-三自由度机械手设计

摘 要

本次设计实验用三自由度机械手为实验用专用机械手，主要由手爪、手臂、机身、机座等组成，具备上料、搬运等多种功能，本机械手机身采用机座式，实验对象围绕机座布置，其坐标形式为关节式，具有水平旋转、手臂竖直摆动等3个自由度；驱动方式为电机驱动，利用电机带动减速机，减速机减速后带动旋转轴实现各个回转运动。电动驱动的优点是控制精度高，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好。本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。采用单片机控制系统，最终实现关节的伺服控制和制动、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的在线修改程序、设置参考点和回参考点。

关键词：机械手；电机驱动；伺服。

目 录

摘 要 ..................................................................................................................... I Abstract ............................................................................... 错误！未定义书签。

第1章 绪论 ........................................................................................................ 1

1.1 题目提出的意义 ................................................................................... 1

1.2 国内外发展现状 ................................................................................... 1

第2章 方案的确定与比较分析 ........................................................................ 3

2.1 机械手机械系统的比较与选择 ........................................................... 4

2.2 机械手驱动系统的比较与选择 ........................................................... 6

第3章 驱动源的选择与设计计算 .................................................................... 9

3.1 主要技术参数的确定 ........................................................................... 9

3.2 各关节电机的选择计算 ..................................................................... 10

3.2.1 大臂旋转电机的选择 .............................................................. 11

3.2.2 小臂旋转电机的选择 .............................................................. 12

3.2.3 腰部旋转电机的选择 .............................................................. 13

第4章 手部结构设计 ...................................................................................... 15

4.1 夹持式手部结构 ................................................................................. 15

4.1.1 手指的形状和分类 .................................................................. 15

4.1.2 设计时考虑的几个问题 .......................................................... 15

4.2 手部夹紧气缸的设计 ......................................................................... 16

4.2.1 弹簧的设计计算 ...................................................................... 16

4.2.2 对于压缩弹簧稳定性的验算 .................................................. 17

4.2.3 疲劳强度和应力强度的验算。 .............................................. 17

4.2.4 手部驱动力计算 ...................................................................... 18

4.2.5 气缸直径的设计计算 .............................................................. 19

4.2.6 缸筒壁厚的设计 ...................................................................... 21

4.2.7 活塞杆运动行程的计算 .......................................................... 21

第5章 各机械部件的设计选择与校核 .......................................................... 23

5.1 轴的设计与校核 ................................................................................. 23

5.1.1 大臂旋转轴的设计 .................................................................. 23

5.1.2 大臂轴的强度校核 .................................................................. 24

5.2 键的选择与强度的校核 ..................................................................... 27

5.3 轴承寿命的校核 ................................................................................. 30

5.4 联轴器的选择与圆锥销的校核 ......................................................... 31

5.4.1 联轴器的选择. ......................................................................... 31

5.4.2 联轴器圆锥销的校核 .............................................................. 32

第6章 控制系统设计 ...................................................................................... 33

6.1 单片机最小系统 ................................................................................. 33

6.1.1 8051单片机介绍 ..................................................................... 34

6.2.2 复位电路 .................................................................................. 36

6.1.3 振荡电路 .................................................................................. 36

6.2 串行接口电路 ..................................................................................... 37

6.3 传感器 ................................................................................................. 38

6.3.1 传感器的选型 .......................................................................... 38

6.3.2 硬件电路的设计 ...................................................................... 39

6.4 电动机的控制 ..................................................................................... 40

6.4.1 L298N电机驱动芯片简介 ...................................................... 40

6.4.2 硬件电路图 .............................................................................. 41

结 论 .................................................................................................................... 42

致 谢 .................................................................................................................... 43

参 考 文 献 ........................................................................................................ 44

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