图2-1 机械手样品图

该六自由度机械手为关节式机械手,本章主要介绍其结构设计,各个部位的设计要求。因为本次设计的任务还有运动仿真,故控制部分只作了简单介绍,没有进行深入的研究。

机械结构包括手腕、大臂、小臂、手抓和圆盘底座,一个舵机对应一个关节,固定它们的转动角度。机械手的圆盘底座设置旋转角度为360°,有足够的运动空间。大臂和小臂可以俯仰改变手部的高度,设置摆动角度为120°和90°。而手腕部分可旋转或摆动,根据物体的形状或摆放的位置调整手抓去抓取物体。手钳通过齿轮传动实现抓取和缩放,夹取范围在。

2。2 机械结构设计

2。2。1 底部设计

六自由度机械手底部做成圆盘状,和臂部相连接,对臂部起支撑作用,而且支撑能力强。底部虽然只做旋转运动,结构简单,但是它能带动机械手臂部做360°旋转,故选择该结构。

底座设计的要求:

(1)底座要有必需的刚度、强度来支撑整个机械手,使其平稳的运动;

(2)结构设计尽量简单,避免过于笨重,从而方便运动、避免卡死的现象;

(3)固定形式根据实际要求设计,可以装在生产流水线上,也可以沿导轨运动。

2。2。2 臂部设计

臂部的结构形式必须根据机械手的运动形式、抓取重量、动作自由度、运动精度等因素来确定。本文设计的大臂跟小臂大小结构一样,长度为16。5cm,舵机设置大臂最大摆动角度为120°,设置小臂最大摆动角度为90°。

机械手通过大臂和小臂的配合,进行伸缩、俯仰等动作改变位置,本文设计臂部有2个自由度。臂部将承受上方部件的载荷,在设计工业机械手时,对其静、动载荷计算尤为重要。本次设计的舵机机械手不应用于工业,抓取的物体重量也较轻,因此没有考虑此因素。

臂部设计的基本要求:

(1)手臂应具有足够的承载能力和刚度;

(2)导向性要好;

(3)重量和转动惯量要小;

(4)需要较高的定位精度。

2。2。3 腕部设计

工业机器人的手腕用来固定并支撑手部,连接小臂与手抓。腕部所实际具有的自由度数目应根据机器人的工作性能要求来确定。本文设计的机械手手腕为一个二自由度手腕,由一个B关节和一个R关节组成的BR手腕,这也是最为常见的二自由度手腕;按驱动方式分类,为直接驱动手腕,这样结构十分紧凑,并且是将驱动元件直接装在手腕上。两个舵机分别控制手腕的运动,设置为旋转360°,摆动60°。

设计腕部时要注意下列几点:

(1)结构尽量紧凑、重量尽量轻;

(2)转动灵活、密封性要好;

(3)要适应工作环境的需要,可以在恶劣环境中工作,比如在高温环境或在腐蚀性介质中工作。

2。2。4 手部设计

手部是机械手用来抓握物品的机构,具有一定的人手功能。在设计手部时,需要充分考虑抓取物品的性质,以此来确定手部结构的样式。最常见的是钳爪式、磁吸式和气吸式及气动手指。一般手部有一些特点:

(1)手部与手腕处可分离,可以加装不同功能的手部;

(2)手部的通用性较低;文献综述

(3)是工业机器人的末端操作器。工业机器人的手部有机械钳爪式和吸附式之分。

本次设计采用齿轮传动的机械钳爪式手部,其结构简单,造价低廉,适用于一般场合下的物品夹紧与放松。手腕到手指末端最大距离15cm,手指夹取范围为40mm~100mm。

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