机电一体化课程设计-三自由度机械手设计

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1、 I 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。

2、关键词：机械手；电机驱动；伺服。 目 录 摘 要 I Abstract. 错误错误!未定义书签。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

3、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

4、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

5、参 考 文 献 44 CONTENTS Abstract. 错误错误!未定义书签。未定义书签。 Chapter 1 Introduction 错误错误!未定义书签。未定义书签。 1.1 Significance of proposed topics 错误错误!未定义书签。未定义书签。 1.2 Development of domestic and foreign 错误错误!未定义书签。未定义书签。 Chapter 2 Determination and comparative analysis of the program错误错误!未定义书签。未定义书签。 2.1 Comparison of

6、robotic mechanical systems and choice错误错误!未定义书签。未定义书签。 2.2 Robot drive system comparison and selection 6 Chapter 3 The driving source of the selection and design calculations. 9 3.1 Main Technical Parameters . 错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.2 The selection and calculation of the joint motor . 10 3.2.1 Choice of arm rotating motor 错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.2.2 Choice of arm rotating motor 错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.2.3 The choice of rotating electrical waist 错误错误!未定义书签。未定义书签。 Chapter 4 Hand structure design. 错误错误!未定义书