电动式关节型机器人机械手的结构设计与仿真设计（8张cad图纸+设计说明书+任务书）

装配图

(设计应完成的主要内容，设计任务达到的目标)
主要内容:
（1）完成调研报告和开题报告；
（2）完成电动式关节型机器人机械手的结构设计；
（3）建立该机械手的三维虚拟模型并对其进行运动仿真；
（4）中英文摘要各200字，设计说明书不少于15000字；
（5）外文资料翻译不少于5000字。
目标:
（1）完成电动式关节型机器人机械手的结构设计，其中包括装配图及关键的零件图；
（2）对机械手进行三维建模、虚拟装配与仿真。
（设计完成具体工作量；成果形式；验收方式）
（1）3张A0图纸，包括装配图、零件图；
（2）调研报告、开题报告以及设计计算说明书；
（3）机械手的三维虚拟模型以及运动仿真的录像。
（对完成设计任务方面的具体要求：设计技术参数、数据及来源、调试所用仪器设备）
设计技术参数：
手部负重： 10kg（抓取物体的形状为圆柱体.圆柱半径.高度自定.密度7.8g/cm3.）
运动轴数：
数据来源：
北京机械工业自动化研究所、上海发那科机器人有限公司
（对部分有实习环节的专业，提出实习或调研的具体要求，包括调研提纲、实习时间、地点和具体内容要求）
（1）了解国内外工业机器人的现状、水平和发展趋势；
（2）了解工业机器人的各个组成部分；
（3）掌握电动式关节型机器人机械手的组成机构及其工作原理；
（4）分析现有各种类型工业机器人的特点，如运动方式、驱动方式、控制方式等；
（5）总结出本设计课题的基本实现方法及结构，分析其技术关键及难点；
（6）做出本设计课题的设计安排，如技术线路、研究方法、设计工具、时间安排等。

2.1手部机构
手部机构是机器人机械手直接与工件、工具等接触的部件，它能执行人手的部分功能。目前，根据被抓取工件、工件等的形状、尺寸、重量、易碎性、表面粗糙度的不同，在工业生产中使用着多种形式的手部机构，最常见的是钳爪式、磁吸式和气吸式，也有少数的特殊形式。不同形式的手部机构其夹紧力的计算各有不同。
钳爪式手部机构是最常见的形式之一。手爪有两个、三个或多个，其中两个的最多。抓取工件的方式有两种：外卡式和内撑式。从其机械机构特征、外观与功用来看，有多种形式，它们分别是：
（1）拨杆杠杆式钳爪
（2）平行连杆式钳爪
（3）齿轮齿条移动式钳爪
（4）重力式钳爪
（5）自锁式钳爪
（6）自动定心钳爪
（7）抓取不同直径工件的钳爪
（8）具有压力接触销的钳爪
（9）抓勾与定位销十钳爪
（10）复杂形状工件用的自动调整式钳爪
（11）同时抓取一对工件的钳爪与内撑式三指钳爪
（12）特殊式手指钳爪
同时对钳爪的选用也非常重要，应考虑以下几个方面：
1应具有足够的夹紧力，这样才能防止工件在移动过程中脱落，一般夹紧力为工件重量的2到3倍。
2应具有足够的张开角，来适应它抓取和松开工件之间较大的直径范围，而且夹持工件中心位置变化要小（即定位误差小）。
3应具有足够的强度和刚度，以免承受在运动过程中产生的惯性力和震动的影响。
4应能保证工件的可靠定位
5应适应被抓取对象的要求
6尽可能具有一定的通用性
夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。
2.1.1手指的形状和分类
夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。
2.1.2设计时考虑的几个问题
(一)具有足够的握力(即夹紧力)
在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。
(二)手指间应具有一定的开闭角
两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。
(三)保证工件准确定位
为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。
(四)具有足够的强度和刚度
手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。
(五)考虑被抓取对象的要求
根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点，两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成V型，其结构如附图所示。

本文简要介绍了电动式关节型机器人机械手的概念，机械手硬件和软件的组成，机械手各个部件的整体尺寸设计，气动技术的特点。本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量，画出了机械手的装配图图。

传动原理图

工作空间图

机身

零件图－齿轮轴

零件图－轴

说明书字数统计

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