緒論1.1設(shè)計(jì)背景機(jī)械手是一種能夠模仿人的手部，通過計(jì)算機(jī)編程，在一定的程序控制下可以實(shí)現(xiàn)一些類似人手的動(dòng)作，抓取物品或完成人們想要它實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作。人類在很久以前就制造出一些能夠自己運(yùn)動(dòng)的機(jī)械類裝置，古時(shí)候魯班造出了能飛的木鳥，諸葛亮造出了自己行走運(yùn)送糧食的木牛流馬，能連發(fā)的諸葛連弩。而到了近代的1958年，美國(guó)造出了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)，當(dāng)時(shí)候就開始使用自動(dòng)化生產(chǎn)線，拉開了工業(yè)自動(dòng)化的序幕。中國(guó)機(jī)器人的研究受多方面因素的影響，在發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在大量使用和普及時(shí)，我國(guó)才剛剛進(jìn)入正軌。如今，我國(guó)在科技地飛速發(fā)展下，多個(gè)行業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求越來越大，機(jī)器人也越來越智能，能夠完成高難度的動(dòng)作，各種各樣多元化的機(jī)器人走出生產(chǎn)領(lǐng)域，走進(jìn)了我們的生活，伴隨著人們的生活水平越來越高，家庭機(jī)械助手將更易于為人們所接受；年老或殘疾的人生活很艱難，他們更需要機(jī)器人來一絲不茍的幫他們打理雜務(wù)；商場(chǎng)也不需要人工售賣物品，無人售賣模式也會(huì)更容易推行和實(shí)現(xiàn)；快遞物流中轉(zhuǎn)在快遞數(shù)量暴增的情況下也需要機(jī)械手快速有效地完成；存在一定危險(xiǎn)性的工作在機(jī)械手的幫助下能夠?qū)L(fēng)險(xiǎn)降到最低；服務(wù)類行業(yè)將會(huì)是今后機(jī)械手需求量最大的地方，更好的生活體驗(yàn)是人類共同的追求。1.2意義在經(jīng)濟(jì)全球化的大背景下，國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)激烈，最近幾年，以美國(guó)為首的多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家都在打壓中國(guó)，我國(guó)在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，企業(yè)面臨改革的壓力，為了能在未來更好的發(fā)展下去，工業(yè)上制造出更多精確，穩(wěn)定，成本低，適合企業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械手，采用自動(dòng)化流水線生產(chǎn)能給企業(yè)帶來人工難以達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效益，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。加快機(jī)械手產(chǎn)業(yè)化，并向社會(huì)服務(wù)行業(yè)這個(gè)市場(chǎng)空缺發(fā)展機(jī)械化，既能推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，又能提高人們的生活水平。機(jī)械手能夠代替人手抓取，搬運(yùn)物品，操作一些精密化的儀器設(shè)備，人手的實(shí)際操作常常有著太多的不確定因素，對(duì)多次重復(fù)性的動(dòng)作易于疲勞，工作狀態(tài)受限于人自身精神的狀態(tài)，效率也是參差不齊。人們?cè)谝恍┪ｋU(xiǎn)的場(chǎng)景中，包括低溫，高溫，有輻射等，這樣的工作會(huì)給工人帶來不可避免的身體傷害，這時(shí)使用機(jī)械手來代替人工作，它不會(huì)將感情帶入工作，能夠快速完成工作任務(wù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷地工作，比人工要具有很大優(yōu)越性，大大提高效率，完成生產(chǎn)，人工的勞動(dòng)強(qiáng)度也得到有效降低。機(jī)械手在社會(huì)服務(wù)領(lǐng)域使用，要求機(jī)械手輕盈，功能豐富，耐用，適用性好，易于搬運(yùn)。加快的生活節(jié)奏讓人們不堪重負(fù)，勞累一天還要做家務(wù)，家用機(jī)械手的開發(fā)可以在一定程度上減輕人們的壓力，比如做飯，泡茶，調(diào)制咖啡飲料，方便人們的日常生活，這樣人們就有更多的時(shí)間去享受生活，提升幸福感。在商場(chǎng)里，售貨員需要長(zhǎng)時(shí)間守在商鋪定點(diǎn)售賣，但顧客流不是固定的，大部分時(shí)間都會(huì)被浪費(fèi)，使用機(jī)械手加上一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)就可以實(shí)現(xiàn)無人售貨，售貨員就可以有更多時(shí)間去干其他事情，比如商場(chǎng)里售賣飲料就適合機(jī)械手來售賣，顧客只需要點(diǎn)支付就能喝到調(diào)好的飲料；醫(yī)院里有的藥物和物資需要在零下低溫存取，還有的藥物是化療用的，含有一定毒性，醫(yī)生配藥會(huì)危害健康，使用機(jī)械手能免去不必要的風(fēng)險(xiǎn)；企業(yè)有的設(shè)備運(yùn)行崗位需要人工連續(xù)不斷精確的操控，這樣會(huì)給操控者帶來巨大的壓力，若使用機(jī)械手對(duì)接系統(tǒng)，就能做到隨時(shí)監(jiān)控，精準(zhǔn)操作。綜上所述，服務(wù)行業(yè)里使用機(jī)械手代替人操作，不僅僅是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還能保證相關(guān)人員的身體健康，有利于構(gòu)建和諧美好社會(huì)，提高人們的幸福感。為了能更好更快地完成工作任務(wù)，我們需要設(shè)計(jì)出先進(jìn)且能滿足各種場(chǎng)景要求的機(jī)械手。1.3國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的發(fā)展?fàn)顩r1.3.1國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展人們很早以前就追求制造出機(jī)器人來幫助自己工作，在1954年美國(guó)人首次提出了示教機(jī)器人的概念，1958年制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)械手。隨后用于鑄造生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人名為Unimate的是由Condec公司與Pulman公司合并成立Unimate公司在1961年制造出的。Unimate機(jī)械手的外形參考了坦克炮塔，如圖1-1，手臂由液壓驅(qū)動(dòng)，大臂在基座上，基座可以旋轉(zhuǎn)，小臂可以在大臂內(nèi)伸縮和轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠做一些簡(jiǎn)單的抓取動(dòng)作，代替人手抓取一些零件，精度可達(dá)1/10000英寸，這個(gè)機(jī)械手為以后機(jī)械手的發(fā)展打開了大門。圖1-1美國(guó)制造的Unimate機(jī)器人1980年被稱為“日本的機(jī)器人元年”，這是因?yàn)槿毡镜呢S田和川崎公司在這之前的十多年從美國(guó)引進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，經(jīng)過他們的借鑒學(xué)習(xí)，川崎公司模仿美國(guó)的Unimate率先制造出了日本的第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人Kawasaki-Unimate2000，圖1-2，從此日本的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展得特別迅速，幾十家高效和研究所及企業(yè)都在做機(jī)器人的研究，到目前為止，日本擁有的機(jī)器人臺(tái)數(shù)和制造技術(shù)都是世界頂尖的，很多企業(yè)都采用了全自動(dòng)無人流水線加工車間。機(jī)器人是從低級(jí)到高級(jí)不斷發(fā)展的，日本在制造出工業(yè)機(jī)器人后，也在大力研究服務(wù)機(jī)器人，把“能夠在生活中與人共處的機(jī)器人”作為一種具有很大的意義的研究目標(biāo)寫進(jìn)國(guó)家層面的計(jì)劃中，索尼公司在1999年推出了機(jī)器寵物狗“AIBO”，面對(duì)人口老齡化，這款機(jī)械寵物狗能夠解決社交孤立的問題，提升幸福感，與人建立寵物伙伴的關(guān)系，監(jiān)控主人的心理狀態(tài)。這個(gè)機(jī)器人的出現(xiàn)標(biāo)志著家用機(jī)器人開始在商業(yè)中的大規(guī)模出現(xiàn)。圖1-2日本造的Kawasaki-Unimate2000有著機(jī)器人王國(guó)稱譽(yù)的日本還是第一個(gè)研究仿生機(jī)器人的國(guó)家之一，經(jīng)過30年的研發(fā)，豐田公司于2000推出了人形機(jī)器人Advancedstepinnovativemobility，圖1-3，這個(gè)機(jī)器人能夠像人一樣的行走，時(shí)速可達(dá)6公里/小時(shí)，升級(jí)版可以像人一樣奔跑，時(shí)速可達(dá)9公里/小時(shí)，還可以走樓梯，倒行，跳躍，這個(gè)機(jī)器人的出現(xiàn)給了科技界一個(gè)驚喜。07年日本稻田大學(xué)機(jī)械工程師設(shè)計(jì)出了保姆機(jī)器人“Twendy-one”，如圖1-4，全身都裝上了傳感器和控制性肌肉，動(dòng)作變得很靈活，能夠像人類保姆那樣為主人端茶倒水，抓取很多物品，甚至將人抱起來并搬到沙發(fā)上去。圖1-3：Advancedstepinnovativemobility圖1-4：保姆機(jī)器人Twendy-one工業(yè)機(jī)器人著名的公司還有瑞典ABB，意大利COMAU,德國(guó)KUKA，德國(guó)KUKA公司是最大的機(jī)器人制造商之一，從1977年開始規(guī)模化生產(chǎn)各種機(jī)器人。他們生產(chǎn)的庫卡KR系列工業(yè)機(jī)械臂有六個(gè)自由度，如圖1-5所示，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，材料是碳纖維，具有重量輕，強(qiáng)度高，韌性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，精度高的特點(diǎn)。用于生產(chǎn)流水線的庫卡堆垛機(jī)器人明顯地提高了堆垛效率，降低了企業(yè)的管理成本和人力成本，相比人工操作了帶來巨大生產(chǎn)效益。圖1-5德國(guó)KUKA碼垛機(jī)械手1.3.2國(guó)內(nèi)機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r與日本美國(guó)等其他國(guó)家相比，我國(guó)的機(jī)器人研究發(fā)展起步較晚，早期應(yīng)用和研究水平比較低，在機(jī)器人研發(fā)上還沒有任何經(jīng)驗(yàn)，隨著我國(guó)將機(jī)器人研發(fā)加入五年計(jì)劃，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人開始快速發(fā)展。上世紀(jì)90年代，我國(guó)建立了多個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地和科研基地，很多企業(yè)已經(jīng)在大量使用碼垛機(jī)器人，2008年，陜西的一家公司制造出了更先進(jìn)的碼垛機(jī)器人RMD70，如圖1-6所示，從德國(guó)進(jìn)口了系統(tǒng)控制的元件，比以往的機(jī)器人提升了控制能力，使用行星減速器使負(fù)載能力得到了提升。飛速發(fā)展的機(jī)械臂產(chǎn)業(yè)使我國(guó)成為目前機(jī)械臂最大的生產(chǎn)和銷售市場(chǎng)，很多企業(yè)都取得了重要研究成果，比如沈陽新松機(jī)器人有限公司就是國(guó)內(nèi)機(jī)器人行業(yè)的領(lǐng)頭羊，該公司開發(fā)出了柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人，如圖1-7相比其他機(jī)械臂，更為輕便，精度高，關(guān)節(jié)靈活，穩(wěn)定性高，具有很好的應(yīng)用和市場(chǎng)前景。圖1-6國(guó)產(chǎn)碼垛機(jī)器人RMD70圖1-7柔性機(jī)械手經(jīng)過多年的快速發(fā)展，在國(guó)內(nèi)學(xué)者和研究人員不斷創(chuàng)新研究下，機(jī)械臂已經(jīng)在我國(guó)廣泛應(yīng)用。2020年12月28日越疆科技推出了首款桌面協(xié)作機(jī)械臂MG400，底座占地面積小于A4紙，安全靈活，易于安裝和部署，使用公司自主研發(fā)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，精度能達(dá)到±0.05mm，系統(tǒng)采用了控制器振動(dòng)抑制算法，穩(wěn)定性好，振動(dòng)小，性能達(dá)到了工業(yè)級(jí)品質(zhì)，適用于多樣化，小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)流水線。服務(wù)機(jī)器人方面，近年來，為了縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距，我國(guó)制定了一系列政策來推動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展，這樣的大背景下，我國(guó)出現(xiàn)了一些全球領(lǐng)先的家用服務(wù)機(jī)器人公司，2013年科沃斯推出了智能掃地機(jī)器人，能夠和美國(guó)的Roomba清潔機(jī)器人媲美，且價(jià)格還比它低。目前，科沃斯公司的機(jī)器人產(chǎn)品已經(jīng)走向世界各地，成為中國(guó)家用服務(wù)機(jī)器人企業(yè)走向世界的領(lǐng)軍企業(yè)。我國(guó)對(duì)于機(jī)器人市場(chǎng)需求很大，未來有可能會(huì)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，制造更加智能，標(biāo)準(zhǔn)，直接對(duì)接網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人，把各個(gè)學(xué)科創(chuàng)新結(jié)合起來，推進(jìn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，制造出適合消費(fèi)者個(gè)人購買的服務(wù)型機(jī)器人，形成公共場(chǎng)合機(jī)器人服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈。1.4畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容(1)查找收集相關(guān)資料，查閱大量文獻(xiàn)書籍，了解機(jī)械手的發(fā)展?fàn)顩r，國(guó)內(nèi)和過外現(xiàn)有的機(jī)械手的研究現(xiàn)狀，以及機(jī)械手一般的結(jié)構(gòu)形式，驅(qū)動(dòng)方式，創(chuàng)新創(chuàng)意，未來市場(chǎng)，進(jìn)行線上和線下公司調(diào)研，寫出調(diào)研報(bào)告，了解機(jī)械手的工作原理，用法用途，初步確定將要設(shè)計(jì)的機(jī)械手方向。(2)設(shè)計(jì)、分析方案并確定，按照性能指標(biāo)，關(guān)節(jié)型機(jī)器人的坐標(biāo)形式設(shè)計(jì)方案，根據(jù)工作場(chǎng)景選擇機(jī)器人的類型，先寫出幾個(gè)方案，再從方案中綜合考慮各方面的因素，包括經(jīng)濟(jì)性，功能性，方便性，討論分析，比較總結(jié)，選出與任務(wù)書要求對(duì)應(yīng)的方案。(3)根據(jù)所選課題的多功能和便攜性機(jī)械手選取所需要的的機(jī)械手參數(shù)，選擇機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，一般機(jī)械手的手爪結(jié)構(gòu)是手爪式，吸附式，夾鉗式，先畫出初步外形草圖，初步計(jì)算出尺寸，根據(jù)實(shí)際工作情況確定結(jié)構(gòu)和材料，然后進(jìn)行校核驗(yàn)算。(4)建模，生成裝配以及工程圖，使用Solidedge建模軟件進(jìn)行建模，在建模過程中，邊建模邊修改調(diào)整機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸，外形，使機(jī)械手更合理，零件畫好以后進(jìn)行裝配組合，檢查干涉，生成工程圖表達(dá)裝配關(guān)系。(5)撰寫設(shè)計(jì)說明書和參與答辯。

2多功能便攜式機(jī)械手方案設(shè)計(jì)2.1多功能便攜式機(jī)械手的設(shè)計(jì)概述本次設(shè)計(jì)的多功能便攜式機(jī)械手是關(guān)節(jié)型機(jī)械手，使用的方向是輕型工作的場(chǎng)合，能夠在一定范圍內(nèi)抓取和放下物品?，F(xiàn)如今，伴隨著科技的不斷進(jìn)步，工業(yè)機(jī)械手在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的路上扮演著重要角色，服務(wù)型機(jī)械手也在快速發(fā)展，來滿足生活水平日益提高的人們的需求，目前，服務(wù)型機(jī)器人還沒有形成規(guī)模化生產(chǎn)，市面上的服務(wù)型機(jī)器人在向著小巧，安全，靈活發(fā)展，市場(chǎng)上已經(jīng)有多種服務(wù)機(jī)器人推出，但是為人們服務(wù)的方面較為廣泛，且易受個(gè)人因素的影響，所以服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)前景廣闊，未來需求將會(huì)增加，因此設(shè)計(jì)的機(jī)械手需要不斷創(chuàng)新，具有高適應(yīng)性，安全性高，功能豐富，便巧等特點(diǎn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上的機(jī)械手具有一定功能，但是價(jià)格昂貴，一般人難以承受，若將其投入公共服務(wù)，成本過高。所以本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手綜合了多方面的因素，類似于機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化大賽，在保證機(jī)械臂強(qiáng)度的條件下，考慮輕量化和經(jīng)濟(jì)性。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手大致可以分為四個(gè)部分：手指部分，手腕部分，手臂部分，底座部分。手爪的結(jié)構(gòu)是兩節(jié)式手指，前指和后指關(guān)節(jié)處采用微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，后指節(jié)是齒輪指節(jié)一體式，電機(jī)帶動(dòng)部分齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣使手指結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，開合度大，前指節(jié)更換簡(jiǎn)單；手腕的結(jié)構(gòu)采用的是行星齒輪式，由微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，行星齒輪與手指相連，手指可隨行星輪沿著定軸齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，變換形態(tài)以抓取不同物品；手臂結(jié)構(gòu)采用三段三角形鏤空式，大大減輕重量，關(guān)節(jié)處是電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手臂的旋轉(zhuǎn)，手臂與手臂以及手腕與手臂之間采用法蘭連接，增強(qiáng)了零件的互換性，便于安裝；底座與后臂的連接采用了曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，可使手臂實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，轉(zhuǎn)肩在底座上在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下使整個(gè)機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)。工作場(chǎng)景可以是家庭，圖書館，醫(yī)院，商場(chǎng)等不搬重物的場(chǎng)所，用在家里面時(shí)可以幫人切菜，炒菜，幫人倒茶，倒水，抓取比較輕的物品；用在圖書館里可以安置在借還書處，代替人工辦理讀者的借書和還書，機(jī)械手上安裝傳感器并且和系統(tǒng)連接，有人借書時(shí)機(jī)械手將書抓起來掃描，把記錄數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)后遞給借書人，有人還書時(shí)，機(jī)械手把書抓起來掃描后，將書放到收納箱，這樣在借還書時(shí)處理圖書數(shù)據(jù)會(huì)更加方便精確，免去了人工操作帶來的繁瑣或者誤差；在醫(yī)院使用時(shí)可以用在配藥房，機(jī)械手與系統(tǒng)連接，利用傳感器識(shí)別藥物，根據(jù)系統(tǒng)指令精確完成藥物配置，避免人工操作帶來的藥物使用錯(cuò)誤，以及接觸有毒藥物，提高效率，還方便以后藥物溯源；在商場(chǎng)里可以實(shí)現(xiàn)自助售賣商品，比如售賣咖啡，顧客掃碼后點(diǎn)咖啡，機(jī)械手根據(jù)顧客指令調(diào)制咖啡，調(diào)好后將咖啡端給顧客，方便快捷的咖啡飲品可以提升顧客的消費(fèi)體驗(yàn)；在其他需要抓取的東西質(zhì)量輕的地方，比如一些電子產(chǎn)品企業(yè)的自動(dòng)化流水線上也可以使用該機(jī)械手。2.2初始方案設(shè)計(jì)在使用建模軟件畫出最終的機(jī)械手零件和裝配圖之前，我設(shè)計(jì)了多種方案并把他們都畫了出來，發(fā)現(xiàn)一開始的想發(fā)不一是正確的，有很多錯(cuò)誤的地方。有些方案存在著不合理的地方，甚至裝配起來會(huì)存在干涉，或者通過對(duì)比以后得到了更合理可行的方案，本節(jié)將介紹在設(shè)計(jì)過程中被淘汰掉的方案。2.2.1手指方案如圖2-1所示，這是一開始畫的手指，單后指就由兩部分組成，采用凹字鋼架型結(jié)構(gòu)，兩邊用三角形鏤空，連接的兩端板向內(nèi)收攏，打孔與后指的齒輪部分連接，與后來的相比，這樣設(shè)計(jì)強(qiáng)度剛度都滿足了，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜了很多，而且并不美觀，顯得不靈活緊湊，不僅占用空間大，浪費(fèi)了材料，還增加了重量，若是想采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)使前指節(jié)能轉(zhuǎn)動(dòng)，那么這個(gè)結(jié)構(gòu)難以裝上驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)前指節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以就淘汰了該手指。重新變換了思路，我又設(shè)計(jì)出了另外一種手指，如圖2-2所示，與之前的手指相比，這個(gè)手指結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度剛度的前提下，空間占用小，齒輪和前指做成一體，前指做成流線型板，背部有加強(qiáng)筋，與后指節(jié)的連接有兩個(gè)鉸鏈，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，節(jié)省材料，減輕重量，外觀更好看，在與前指節(jié)的連接處安裝電機(jī)從而使前指能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，故后指的結(jié)構(gòu)最終選擇了后者。圖2-1初始方案后指圖2-2最終方案后指2.2.2手臂方案手臂的設(shè)計(jì)我想出了多種結(jié)構(gòu)，手臂是機(jī)械手的主體，其結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了整個(gè)機(jī)械手的風(fēng)格和外觀，所以我也在不斷地想出方案并改進(jìn)。如圖2-3和2-4所示，這是一開始想出的后臂，結(jié)構(gòu)過于簡(jiǎn)單，且長(zhǎng)度過長(zhǎng)，能讓后面曲柄滑塊的軌跡變長(zhǎng)，從而使整個(gè)手臂的旋轉(zhuǎn)角度范圍變大，但是外觀不好看，顯得機(jī)械手太過單調(diào)，關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)問題還難以解決。在之前的基礎(chǔ)上，重新改進(jìn)，考慮加工的方便，畫出了如圖2-5所示的后臂，這是最終方案選的后臂結(jié)構(gòu)，解決了關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的問題，采用的依然是一半圓桿，一半是十字形三角鏤空結(jié)構(gòu)，減小了一些尺寸，端部是法蘭，可便于連接關(guān)節(jié)底座。其他兩個(gè)臂，中臂和前臂，就是全桿十字形三角鏤空結(jié)構(gòu)，端部是法蘭，保證了強(qiáng)度剛度，加工工藝性，節(jié)省材料，減輕整體重量，變得更美觀，靈活，結(jié)構(gòu)緊湊。圖2-3圓桿手臂圖2-4半圓桿機(jī)械臂圖2-5最終方案后臂2.2.3關(guān)節(jié)底座關(guān)節(jié)底座連接臂與臂，臂與手腕的重要部件，與其他零件組成關(guān)節(jié)使機(jī)械臂能夠像人手一樣轉(zhuǎn)動(dòng)。關(guān)節(jié)底座里要放入關(guān)節(jié)電機(jī)，屈伸大小齒輪，然后和腕節(jié)裝配，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)與大齒輪固連的腕節(jié)，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2-6所示，類似一個(gè)箱體，方形框里裝電機(jī)，用內(nèi)六角螺釘固定，小齒輪與電機(jī)軸過盈配合，大齒輪，腕節(jié)，用腕軸釘與底座的軸孔配合。這是初始設(shè)計(jì)的方案，當(dāng)在裝配的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)大齒輪周圍的箱壁在關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)和與之相連的臂或手腕發(fā)生干涉，故這個(gè)結(jié)構(gòu)不合理，與之相配合的還有和關(guān)節(jié)底座正面形狀一樣的蓋子，也是會(huì)和其他零件發(fā)生干涉，需要重新改進(jìn)。針對(duì)干涉問題進(jìn)行改進(jìn)以后的結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，把關(guān)節(jié)底座與齒輪裝配的軸孔部分外圍去掉，同時(shí)蓋子也改成了兩個(gè)半蓋，一半是圓形，一半是方形，圓的隨大齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，方的用螺釘固定在底座上以蓋住電機(jī)和小齒輪。圖2-6初始方案關(guān)節(jié)底座圖2-7最終方案關(guān)節(jié)底座2.2.4初始裝配將最初可行的零件都裝配起來，由于發(fā)現(xiàn)這樣設(shè)計(jì)使機(jī)械手有著很多問題，底座轉(zhuǎn)肩部分就沒有繼續(xù)再畫，如圖2-8所示，這個(gè)方案的機(jī)械手只有兩個(gè)臂，手腕及手指部分在最終方案裝配里并沒有改變，下文再做詳細(xì)介紹。初始方案裝配起來后存在著諸多問題，前臂的向上移動(dòng)需要后臂曲柄滑塊的向上移動(dòng)，帶動(dòng)前臂運(yùn)動(dòng)，桿的長(zhǎng)度決定了滑塊能夠移動(dòng)的距離，同時(shí)初始后臂與水平面越趨近垂直，臂轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍也越大，但是升降齒輪是半齒，搖桿到不了垂直的位置，故后臂無法垂直，由于前臂與后臂的關(guān)節(jié)沒有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致前臂轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍有限，則機(jī)械手抓取物品后不能放到很高的位置。這樣設(shè)計(jì)機(jī)械手雖然手爪有很多功能，但是手臂可向上運(yùn)動(dòng)的范圍有限，使得機(jī)械手的適應(yīng)性和靈活性反而降低了，顯然難以滿足大多數(shù)場(chǎng)合的需求，所以還要對(duì)手臂的零件及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，后面的方案就把兩臂改為了三臂，這樣靈活度就能滿足，不需要調(diào)整曲柄滑塊和桿長(zhǎng)，后臂和搖桿的長(zhǎng)度還可以減少，手臂的運(yùn)動(dòng)范圍只限于手臂的長(zhǎng)度，增加了容錯(cuò)率和適應(yīng)性。圖2-8初始方案裝配2.3本章小結(jié)這一章主要講述的是經(jīng)過我查閱大量資料后，按照開始的想法，對(duì)多功能便攜式機(jī)械手進(jìn)行建模，但是這只是一個(gè)雛形，零件及結(jié)構(gòu)有很多問題，通過對(duì)幾個(gè)典型有問題的模型進(jìn)行分析對(duì)比，初步介紹了一些機(jī)構(gòu)的工作原理，包括手臂，手指，手指裝配，關(guān)節(jié)，總裝配等，找出其中的問題，針對(duì)這些問題改進(jìn)，使零件及結(jié)構(gòu)變得合理，美觀，后面的設(shè)計(jì)工作都是基于這個(gè)方案，不斷優(yōu)化和改進(jìn)而來。

3多功能便攜式機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1手指設(shè)計(jì)現(xiàn)在市面上常見的有柔性接觸手指，剛性手指，仿人手指，手指數(shù)有兩指的，三指的，四指的。其中連桿兩指夾取機(jī)構(gòu)手爪，工作原理為氣缸收縮帶動(dòng)連桿使手指合攏，反之，氣缸伸展帶動(dòng)連桿使手指張開；而雙齒輪手爪的原理大致相似，只是驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)的方式不同，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿使手指張開與合攏。我設(shè)計(jì)的手指是單獨(dú)張開合攏的，不依靠手腕部分施加動(dòng)力，手腕處只是讓四個(gè)手指沿手腕圓周轉(zhuǎn)動(dòng)。主要部件包含前后指節(jié)，連桿，搖桿，電機(jī)，電機(jī)架，電機(jī)蓋，小齒輪。手指與后手指有兩個(gè)連接點(diǎn)，均可以旋轉(zhuǎn)，如圖3-1所示，一個(gè)是沒有動(dòng)力來源的絞接，一個(gè)是電機(jī)，搖桿，連桿的組合連接，電機(jī)使用螺釘固定在后指節(jié)上，電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖桿再帶動(dòng)連桿使前指節(jié)開合，開合角度0°~90°前指節(jié)見圖3-3。后指節(jié)設(shè)計(jì)成齒輪指節(jié)，如圖3-2，即后指節(jié)的底部是齒輪的一部分，輪齒的數(shù)量就對(duì)應(yīng)著后指節(jié)能旋轉(zhuǎn)的范圍，與電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪嚙合，安裝于電機(jī)架上，小齒輪軸一部分是在電機(jī)蓋軸上，間隙配合，一部分與電機(jī)過盈配合，電機(jī)用螺釘固定在電機(jī)架上，機(jī)架與機(jī)蓋用螺釘固連，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，后指節(jié)又可以在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0°~100°，最終使整個(gè)手指張開合攏的角度變大，整個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊，靈活。圖3-1手指部分圖3-2齒輪式后指圖3-3前指節(jié)3.1.2手腕設(shè)計(jì)手腕部分是連接手指和手臂的關(guān)鍵部分，零部件包括腕節(jié)，腳座，行星齒輪系，內(nèi)外轉(zhuǎn)臂，外殼，具體如圖3-4。腕節(jié)相當(dāng)于是一個(gè)法蘭，法蘭部分與腳座用內(nèi)六角螺栓相固連，軸孔部位與臂關(guān)節(jié)配合，行星齒輪系的太陽齒輪用若干螺釘固定在腳座上，內(nèi)外轉(zhuǎn)臂共四個(gè)，按照以下順序依次裝到腳座的中心軸上，外轉(zhuǎn)臂→內(nèi)轉(zhuǎn)臂→內(nèi)轉(zhuǎn)臂→外轉(zhuǎn)臂，每個(gè)轉(zhuǎn)臂之間裝墊片，以減震，減小摩擦，內(nèi)外轉(zhuǎn)臂裝好后正好使安裝手指的軸孔在同一水平面上，這樣就能保證手指也能在同一平面上，然后把電機(jī)用螺釘裝到四個(gè)轉(zhuǎn)臂上，四個(gè)行星齒輪和四個(gè)電機(jī)軸采用過盈配合，行星齒輪和太陽輪嚙合，四個(gè)齒輪都可以在太陽輪中轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。把四個(gè)手指裝到內(nèi)外轉(zhuǎn)臂上后就可以使四個(gè)手指像人的手一樣靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，只要控制電機(jī)，就能實(shí)現(xiàn)很多動(dòng)作，有的動(dòng)作和人手很相似，比如控制行星齒輪電機(jī)帶動(dòng)齒輪使轉(zhuǎn)臂排成十字形，此時(shí)手指電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可像人手一樣用四根手指正常抓取物品；當(dāng)控制行星齒輪電機(jī)把所有轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)到一起時(shí)，四根手指就可以合在一起，就像人手四指合并時(shí)的樣子，此時(shí)控制手指電機(jī)，還可以使合并的四指張開與合攏，能夠高度模仿人的手指，從而達(dá)到鏟子的功能；比如控制行星齒輪電機(jī)帶動(dòng)齒輪使轉(zhuǎn)臂分成兩組，兩爪合并成一爪，就成了兩爪夾取機(jī)構(gòu)，也可以只控制其中兩個(gè)手指，另外兩個(gè)手指旋轉(zhuǎn)到不影響抓取的位置，再來控制兩個(gè)手指抓取物品。若控制電機(jī)使四根手指呈十字形排列去抓物品，如圖3-5所示，此時(shí)抓取能夠被四指包圍的物品最為穩(wěn)定，因?yàn)槲锲返乃膫€(gè)方向都有受力，且力是被均分到了四個(gè)方向，單個(gè)方向受到的力也會(huì)減少，如果所抓物品易碎易變形，還能減少對(duì)物品的傷害。在抓取物品的同時(shí)，四根手指還可以一起旋轉(zhuǎn)，此時(shí)能帶動(dòng)物品一起旋轉(zhuǎn)，能滿足在某些場(chǎng)景下的需求，比如用四指去抓一杯水，還要把水倒掉，這時(shí)只要抓起水杯，然后在控制行星齒輪電機(jī)使四個(gè)手指旋轉(zhuǎn)就可以倒出水杯里的水。當(dāng)要抓取顆粒狀的東西時(shí)，可以控制行星齒輪電機(jī)使手機(jī)轉(zhuǎn)到一起合并起來，變成鏟子，外形如圖3-6所示，這時(shí)，讓電機(jī)停住，再控制臂關(guān)節(jié)電機(jī)使手臂轉(zhuǎn)動(dòng)向前鏟，便可以輕松地鏟起顆粒狀物品，再控制臂關(guān)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn)就可以倒出顆粒物。圖3-4手腕部分圖3-5手爪張開圖3-6鏟子變形3.1.3手臂及臂關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了該機(jī)械臂的靈活度，承載能力和精確度，一般來講，直角坐標(biāo)式機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，精度也高一些，但是靈活性差，能運(yùn)動(dòng)的范圍?。粓A柱坐標(biāo)式機(jī)械手精度沒有直角坐標(biāo)式的高，且結(jié)構(gòu)通常會(huì)做的比較大，但是避障性好，控制也會(huì)簡(jiǎn)單；求坐標(biāo)式機(jī)械手的精度相較于前兩種精度和承載能力都低了，但是這種機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)會(huì)小很多，占地面積小，呈緊湊型。而我要設(shè)計(jì)的機(jī)械手是關(guān)節(jié)坐標(biāo)式，這種類型的機(jī)械手的特點(diǎn)是，靈活性高，適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)也更為緊湊，占地面積小，不用去設(shè)計(jì)移動(dòng)路徑，但是越是靈活就越是意味著精度會(huì)難以控制，會(huì)存在平衡性問題，要想讓機(jī)械手得到精確的控制，需要的控制也會(huì)非常復(fù)雜。我設(shè)計(jì)的機(jī)械手共有四個(gè)自由度，手腕繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，和沿X軸的移動(dòng)，還有底座繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3-7所示，手臂結(jié)構(gòu)的零件主要包括前，中，后三個(gè)臂，關(guān)節(jié)底座，關(guān)節(jié)電機(jī)，屈伸大小齒輪，連接法蘭，腕軸釘，電機(jī)及齒輪的蓋子等，后臂的長(zhǎng)度最長(zhǎng)，有425mm，中臂次之，有364mm，前臂最短，有330mm。臂的材料采用了鋁合金6061-T6，截面呈十字形結(jié)構(gòu)，為考慮輕量化設(shè)計(jì)，每個(gè)邊都鏤空成多個(gè)三角形，不僅利用了三角形的穩(wěn)定性，還大幅降低了臂的重量，這樣使臂剛度和強(qiáng)度更高，相比于一般的手臂，可以有更大的承載能力，結(jié)構(gòu)也更為緊湊，靈活，占用空間少，看起來也更好看。關(guān)節(jié)底座連接了臂與臂，臂與手腕。在前臂與手腕的關(guān)節(jié)處，關(guān)節(jié)底座和前臂法蘭用四顆螺栓連接，關(guān)節(jié)電機(jī)用螺栓固定在底座里，屈伸小齒輪和電機(jī)過盈配合，再與屈伸大齒輪嚙合，大齒輪用螺釘固連在手腕的腕節(jié)上，腕軸釘與大齒輪和腕節(jié)配合，當(dāng)關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以帶動(dòng)手腕以上的部分繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為，轉(zhuǎn)動(dòng)速度為。在前臂與中臂，中臂與后臂的關(guān)節(jié)連接處，相較于手腕處，把腕節(jié)換連接法蘭，其他零件都是相同的。由于機(jī)械手是關(guān)節(jié)坐標(biāo)型，靈活度很高，在運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)出現(xiàn)耦合，以及重心過量偏移出現(xiàn)沉頭現(xiàn)象，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械手的精度下降，為保證整個(gè)機(jī)械手的位置精度，需要精確的控制電機(jī)，當(dāng)只需前臂與手腕處的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不需要其手臂的其他關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，關(guān)節(jié)電動(dòng)機(jī)能夠很好地停住，若需要多個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以一個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)到位后，另外一個(gè)關(guān)節(jié)再轉(zhuǎn)動(dòng)；若為了提高效率而使多個(gè)關(guān)節(jié)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，要考慮轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍，避免重心的過量偏移，一次轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍不能過大，同時(shí)要盡量減少耦合。圖3-7手臂結(jié)構(gòu)3.1.4底座設(shè)計(jì)底座是整個(gè)機(jī)械手的基礎(chǔ)，作為基礎(chǔ)，一般卻是功能單一的結(jié)構(gòu)，最主要的功能就是要支承住機(jī)械手的主體并使其能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，其次就是要帶動(dòng)整個(gè)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)。我此次設(shè)計(jì)的機(jī)械手底座主要零件包含了底座，兩個(gè)深溝球軸承，后臂，楔型組合滑塊1和2，滑塊搖桿，軸承座，轉(zhuǎn)肩主軸，拉桿，升降電機(jī)，升降小齒輪，升降大齒輪，升降齒輪軸釘，旋轉(zhuǎn)架，轉(zhuǎn)肩軸釘，底座齒輪，底座電機(jī)，齒輪罩，鍵等，如圖3-8所示。轉(zhuǎn)肩底部裝有底座齒輪，采用鍵連接，再深溝球軸承過盈配合裝在底座上，頂部也裝上軸承，利用拉桿將軸承座和底座相連使轉(zhuǎn)肩的軸線與水平面保持垂直，驅(qū)動(dòng)底座電機(jī)帶動(dòng)小齒輪就能使轉(zhuǎn)肩轉(zhuǎn)動(dòng)，升降電機(jī)齒輪座和轉(zhuǎn)肩固連在一起，小齒輪一半與電機(jī)軸過盈配合，一般與電機(jī)座間隙配合。對(duì)于后臂和底座的裝配，原方案是采用類似于上文所述的臂關(guān)節(jié)連接方法，直接用電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)的方式使整個(gè)機(jī)械臂繞X軸旋轉(zhuǎn)，這樣就不用轉(zhuǎn)肩，讓連接后臂的底盤在底座上安裝齒輪也可讓機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)繞Z軸的旋轉(zhuǎn)，但是這樣對(duì)后臂關(guān)節(jié)的電機(jī)有很高的要求，可能會(huì)因承受整個(gè)機(jī)械臂及負(fù)載而使其受到過大的扭矩?fù)p壞，而且后臂繞X軸旋轉(zhuǎn)的意義不大，這樣增加的關(guān)節(jié)還會(huì)使機(jī)械臂的控制增加耦合的概率，前臂和中臂的旋轉(zhuǎn)已經(jīng)可以讓手爪抓到較低位置的物品。所以我設(shè)計(jì)了一種曲柄滑塊的機(jī)構(gòu)，滑塊設(shè)計(jì)成了一種楔形自鎖裝置，可以減少一組螺栓的使用，滑塊1和2組合套在后臂上，與搖桿用滑塊螺栓相連，曲柄簡(jiǎn)化到升降大齒輪上，當(dāng)升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)后臂繞X軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即向上轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)小齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)后臂繞X軸順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，即向下轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍為。轉(zhuǎn)動(dòng)速度為。底座的設(shè)計(jì)理念是在保持穩(wěn)定的前提下，讓外觀好看，節(jié)省材料，預(yù)留的螺栓孔可以使機(jī)械手固定于某個(gè)平面上，底座的面積小可易于安置。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)還可以保持整個(gè)機(jī)械手的平衡，機(jī)械手的重心向前，再利用后面的拉桿和底座的重量把重心轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)肩軸線上，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的平衡，一般后臂是停在上限位的，讓機(jī)械手的外觀看起來也比較好看，給人的感覺是機(jī)械手隨時(shí)都能抓取物品的待工作狀態(tài)。圖3-8底座結(jié)構(gòu)3.2主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)我所設(shè)計(jì)的機(jī)械手主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在手指與手腕的連接機(jī)構(gòu)，為了使設(shè)計(jì)的機(jī)械手能有多功能的特點(diǎn)，我查閱了大量有關(guān)資料，根據(jù)以前參加比賽時(shí)利用3D打印機(jī)制作了一個(gè)行星齒輪實(shí)物，復(fù)習(xí)了機(jī)械原理后，于是便想出了周轉(zhuǎn)齒輪手腕，如圖3-9。利用周轉(zhuǎn)齒輪的特點(diǎn)和人的手指特性，雖然齒輪不能做到像人手那樣靈活，但基本可以完成一些動(dòng)作，只用了一個(gè)太陽輪，即大齒圈，四個(gè)行星齒輪中間沒有太陽輪，以內(nèi)外轉(zhuǎn)臂代替了中間的太陽輪，四個(gè)小齒輪都由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)又連在內(nèi)外轉(zhuǎn)臂上，轉(zhuǎn)臂的軸孔再裝上手指，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)就可以帶動(dòng)手指在大齒圈里轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣做的目的是能夠讓手指變換不同的形態(tài)，大齒圈就相當(dāng)于小齒輪的軌道，小齒輪在預(yù)定的軌道里可在電機(jī)的控制下做周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這也就能使手指也能做周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，讓手指的形態(tài)可以變成四指，兩指，三指，鏟子等，來滿足不同的工作場(chǎng)景合要求，抓取不同形狀的物品，具體的變換過程，上文有詳細(xì)說明。圖3-9周轉(zhuǎn)齒輪手腕圖3-10楔型自鎖滑塊另外一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是底座的曲柄滑塊式升降后臂，結(jié)構(gòu)圖見上文。如果后臂的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)成和其他臂的一樣，反而會(huì)增加很多問題，比如增加了底部電機(jī)的負(fù)荷，改變電機(jī)又增加了重量和成本，這樣設(shè)計(jì)帶來了較多好處。結(jié)構(gòu)原理是在轉(zhuǎn)肩上安裝電機(jī)和齒輪，滑塊設(shè)計(jì)成了一組楔型自鎖裝置，如圖3-10，滑塊1和2組合后套在后臂的圓桿上，再與搖桿用滑塊螺栓相連，曲柄簡(jiǎn)化到升降大齒輪上，當(dāng)升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)后臂繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)。3.3本章小結(jié)本章主要寫的是按照最初的想法和方案，在Solidedge軟件里，朝著多功能和便攜式的方向去設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手的過程，使機(jī)械手能夠滿足多種不同場(chǎng)景下的要求，詳細(xì)說明了各個(gè)主要零件的工作原理和工作過程，在一定場(chǎng)景下能夠?qū)崿F(xiàn)的功能和抓取過程，實(shí)現(xiàn)代替人手的工作。最后再對(duì)本機(jī)械手的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)的思路及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。在前面已有的方案基礎(chǔ)上，對(duì)零件和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一開始的設(shè)計(jì)總是寸步難行，設(shè)計(jì)出來的零件不僅難看，還有很多不合理的地方，但是有了基礎(chǔ)方案以后，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過一步一步地改進(jìn)和優(yōu)化，設(shè)計(jì)出了相對(duì)合理的零件和結(jié)構(gòu)，最終把所有零件裝到一起，得到了如圖所示的機(jī)械手。綜合各種因素，查閱相關(guān)手冊(cè)，簡(jiǎn)單計(jì)算后，畫出了機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖3-11所示，并得出了機(jī)械手的相關(guān)參數(shù)：機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式：電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪傳動(dòng)；自由度：4個(gè)（X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Z軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)）；坐標(biāo)的形式：關(guān)節(jié)坐標(biāo)型；手臂張開后能夠運(yùn)動(dòng)的最大半徑：1425mm；最大高度：1487mm；末端能夠承受的最大負(fù)載：1.5kg；抓取物體大致直徑范圍：；手腕中單手指合并角度為；手腕中手爪合并旋轉(zhuǎn)速度為；手腕關(guān)節(jié)上下旋轉(zhuǎn)角度為；前，中臂關(guān)節(jié)上下旋轉(zhuǎn)角度為；前，中臂關(guān)節(jié)上下旋轉(zhuǎn)速度為；后臂上下升降角度為；后臂上下升降速度為；底部旋轉(zhuǎn)角度：；底部旋轉(zhuǎn)速度：；手爪的開合角度為；手爪的開合速度為；圖3-11總裝配圖和機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

4關(guān)鍵零部件的計(jì)算校核4.1主要電機(jī)的選型臂關(guān)節(jié)電機(jī)的選型，該機(jī)械手是輕型機(jī)械手，電機(jī)使用微型步進(jìn)電機(jī)，選材料就朝著輕量化方向，大部分都選用鋁合金6061-T6，將各個(gè)零件的材料在軟件里定好后，估算出各個(gè)構(gòu)件的質(zhì)量，質(zhì)心，然后計(jì)算出最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩和最大負(fù)載慣量。手指的質(zhì)量為0.372kg，手前部，即從手指到腕節(jié)的所有零件，質(zhì)量為g0：1.929kg，質(zhì)心在裝配環(huán)境坐標(biāo)為(下同)：X：0mm，Y：-0.4mm，Z:130.83mm；手臂1，即前臂，質(zhì)量為g1：1.684kg，質(zhì)心：X：23.68mm，Y：-0.34mm，Z：0mm，臂展半徑，臂長(zhǎng)l3：437.14mm；手臂1+手前部，質(zhì)量為3.613kg，質(zhì)心：X:230.20mm，Y:-0.72mm，Z：0mm。臂2，即中臂，質(zhì)量為g2:1.710kg，質(zhì)心：X：12.49；中臂以前的總質(zhì)量，質(zhì)心：X：230.20，臂展半徑：：1334.89mm。在計(jì)算時(shí)，忽略次要坐標(biāo)軸的小量偏差。根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩和最大負(fù)載慣量：①計(jì)算前臂的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩： (4-1)代入數(shù)據(jù)得，②計(jì)算前臂的最大負(fù)載慣量： (4-2)代入數(shù)據(jù)得，根據(jù)算出來的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，查閱資料后選取步進(jìn)電機(jī)，控制電機(jī)可以將輸入的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速來驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)行，穩(wěn)定，體積小，重量輕。選用型號(hào)為57BYG2500步進(jìn)24V電機(jī)，參數(shù)如下表所示，實(shí)物如下圖4-1所示。表4-157步進(jìn)電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)步距角相電流相電感相電阻引線數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量扭矩57BYG25001.8°3A3mH0.86Ω4600g·cm22.8N·m步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器可選擇DM542，其參數(shù)為：DC(直流)20V~50V；電流：4.2A；細(xì)分?jǐn)?shù)：25600細(xì)分，15檔細(xì)分；有過流，過壓，欠壓，短路等保護(hù)；脫機(jī)(ENA)保護(hù)。圖4-157步進(jìn)電機(jī)③計(jì)算中臂的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩：(4-3)代入數(shù)據(jù)得，④計(jì)算中臂的最大負(fù)載慣量：(4-4)代入數(shù)據(jù)得根據(jù)計(jì)算結(jié)果，中臂的電機(jī)可選兩相步進(jìn)電機(jī)60BYG250H，參數(shù)見下表4-2，實(shí)物如圖4-2所示。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器選擇DM556低熱量?jī)上鄶?shù)字驅(qū)動(dòng)器，電壓范圍20~50V，溫度0℃~50℃，重量為0.18kg。表4-260步進(jìn)電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)步距角相電流相電壓相電感相電阻扭矩60BYG250H1.8°5A3.3V2mH0.46Ω4.0N·m步進(jìn)電機(jī)的最大扭矩與電壓，電流，內(nèi)阻等有關(guān)，可以通過改變脈沖頻率來改變轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，當(dāng)脈沖頻率升高，轉(zhuǎn)矩就會(huì)變低，當(dāng)脈沖頻率變得很低的時(shí)候，繞組中的電流波形就會(huì)變成矩形波，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就會(huì)變大，以上選的步進(jìn)電機(jī)，200rpm時(shí)轉(zhuǎn)矩不變，200rpm以上扭矩下降，空載時(shí)最高可達(dá)500rpm~600rpm。圖4-260步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器圖4-3微型直流減速電機(jī)表4-3微型直流減速電機(jī)參數(shù)減速比減速箱長(zhǎng)度mm空載轉(zhuǎn)速rpm空載電流mA額定扭矩kg·cm額定轉(zhuǎn)速rpm額定電流mA瞬間允許堵轉(zhuǎn)矩kg·cm6.319960≥1200.3670≥40011019600≥1200.5420≥4001.6518.822320≥1200.67224≥4003.13024200≥1201.5140≥40055624107≥1202.875≥40099026.566≥1204.546≥4001513126.545≥1206.532≥4002116826.535≥1208.425≥400252702922≥12013.516≥400最大負(fù)載25KG5062912≥120188.5≥400810197≥12025≥400手部和底座的電機(jī)可以選用JGB37-520的微型直流減速電機(jī)，可以將直流電能和機(jī)械能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，被廣泛使用于各個(gè)領(lǐng)域中，具有重要的意義，利用編碼器的特點(diǎn)，在知道機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度后，就可以用脈沖信號(hào)來控制電機(jī)從而控制機(jī)械手。12V每分鐘空載轉(zhuǎn)速有:960rpm600rpm319rpm200rpm，107rpm66rpm45rpm等，可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速較多，有利于滿足不同工況下機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度，還可以正反轉(zhuǎn)，參數(shù)見表格4-3，實(shí)物如圖4-3。4.2主要齒輪計(jì)算校核根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速，取扭矩不變時(shí)的轉(zhuǎn)速200rpm，電機(jī)功率72w，計(jì)算屈伸齒輪：1.選齒輪參數(shù)：為使機(jī)械手的控制更精確，提升機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，保證一定的強(qiáng)度，齒輪的精度要選為8級(jí)。查手冊(cè)選擇齒輪材料為38SiMnMo，小齒輪齒面硬度為260HBS，大齒輪的齒面硬度為240HBS。小齒輪齒數(shù)Z1為32，大齒輪Z2為96。2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算選，，，，計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩：(4-5)計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)：(4-6)(4-7)(4-8)(4-9)查手冊(cè)得大小齒輪的接觸疲勞極限分別為500Mpa和520Mpa，計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：(4-10)(4-11)查手冊(cè)得接觸疲勞壽命系數(shù)，，取安全系數(shù)。(4-12)(4-13)故這對(duì)齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力為計(jì)算小齒輪的分度圓直徑：(4-14)調(diào)整分度圓直徑(4-15)齒寬。計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)：查手冊(cè)得使用系數(shù)，。齒輪的圓周力：(4-16)(4-17)查手冊(cè)得齒間載荷分配系數(shù)，，可計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)(4-18)按實(shí)際載荷系數(shù)計(jì)算分度圓直徑：(4-19)齒輪模數(shù)。3.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算選，計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)，(4-20)查手冊(cè)得齒形系數(shù)，，應(yīng)力修正系數(shù)，，彎曲疲勞極限，，彎曲疲勞壽命，，彎曲疲勞安全系數(shù)，計(jì)算許用應(yīng)力，(4-21)(4-22)(4-23) (4-24)取(4-25) (4-26)計(jì)算圓周速度 (4-27) (4-28)則齒寬計(jì)算寬高比 (4-29) (4-30)查手冊(cè)得動(dòng)載系數(shù)QUOTE， (4-31) (4-32)故查手冊(cè)得齒間載荷分配系數(shù)，，。計(jì)算載荷系數(shù) (4-33)按實(shí)際載荷系數(shù)計(jì)算齒輪模數(shù) (4-34)取彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)m=0.482mm，由于用在機(jī)械手里的齒輪不同于一般的工業(yè)齒輪，故向上圓整取0.6mm，按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑QUOTE，計(jì)算小齒輪的齒數(shù)。取QUOTE，則大齒輪齒數(shù)，取，QUOTE和QUOTE互為質(zhì)數(shù)。4.計(jì)算幾何尺寸計(jì)算分度圓直徑 (4-35) (4-36)計(jì)算中心距 (4-37)中心距含有小數(shù)不便于加工制造，將其圓整為a=40mm。則齒寬5.強(qiáng)度校核按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核：查手冊(cè)得，，，， (4-38)，，，，，，。 (4-39)齒面接觸疲勞強(qiáng)度小于許用應(yīng)力，故齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核：查手冊(cè)得，，，，，，，，，，。 (4-40) (4-41)，，故齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。4.3本章小結(jié)經(jīng)過前面機(jī)械手的設(shè)計(jì)、建模、裝配以后，對(duì)要使用的電機(jī)進(jìn)行選型計(jì)算，在這之前利用solidedge建模軟件的裝配環(huán)境里的檢查與測(cè)量功能，賦予零件材料屬性后得到機(jī)械手各個(gè)零部件的物理參數(shù)，包括重心，質(zhì)量，體積等，再根據(jù)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖以及各個(gè)結(jié)構(gòu)的尺寸，進(jìn)行受力情況分析后，計(jì)算每一個(gè)部位的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以此去選適合的微型電機(jī)，手臂關(guān)節(jié)選用了用驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，其他部位包括手前部選用了微型直流減速電機(jī)，最后進(jìn)行了關(guān)節(jié)齒輪的計(jì)算校核，所設(shè)計(jì)的齒輪能夠滿足強(qiáng)度要求。

5基于ANSYS的零件有限元仿真分析5.1ANSYS有限元仿真分析世界上有很多CAE軟件，ANSYS是應(yīng)用最為廣泛的軟件之一，是美國(guó)ANSYS公司開發(fā)的大型有限元分析軟件，功能豐富且強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單，能夠用于流體，磁場(chǎng)，電場(chǎng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面的分析，通過對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算，可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)的重量，改善強(qiáng)度，剛度，安全系數(shù)，使用壽命等因素。廣泛用于社會(huì)的醫(yī)學(xué)，交通，建筑，航空航天，化學(xué)等眾多領(lǐng)域，我國(guó)多個(gè)大學(xué)還將ANSYS作為教學(xué)軟件并用其進(jìn)行有限元仿真分析。圖5-1：ANSYS仿真分析流程圖使用ANSYS對(duì)零件進(jìn)行分析，可以清楚的看到零件在受載荷的時(shí)候零件應(yīng)力應(yīng)變情況，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)零部件的材料，結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以此來優(yōu)化材料的選擇，改善結(jié)構(gòu)，減少材料的使用，降低零件的重量，提高強(qiáng)度剛度，這樣的分析對(duì)于本次設(shè)計(jì)有著很大的意義，有利于我設(shè)計(jì)的機(jī)械手做到輕量化設(shè)計(jì)，便攜性，功能性，使零件達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。如圖5-1所示，使用ANSYS的仿真分析流程大致為先將solidedge的零件存為通用xt格式的文件，導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行物理模型的構(gòu)建，即建立自由度約束，載荷，壓力，力矩等，然后建立數(shù)學(xué)模型求解，得到應(yīng)力，形變等云圖，最后進(jìn)行結(jié)果分析。5.2前指節(jié)仿真分析前指節(jié)的分析，根據(jù)實(shí)際的工作情況，前指在機(jī)械手抓取物品的時(shí)候，前指節(jié)在電機(jī)的控制下，會(huì)給物品施加一個(gè)指向物品內(nèi)部的壓力，同時(shí)物品也會(huì)給前指節(jié)一個(gè)反作用力，這樣就在前指節(jié)上施加一個(gè)15N的最大負(fù)載壓力，總變形的云圖如圖5-2所示，可以看出，當(dāng)前指受到物品反作用力時(shí)，最大的變形在手指尖處，變形量為0.0593mm，最小變形量為0，平均變形量為0.00119mm，且變形量從手指尖向手指根部的方向變化，變形量越來越小，在大約三分之一處變形停止，可以看出，機(jī)械手在抓取物品受反作用力時(shí)的最大的變形量非常微小，說明該手指的強(qiáng)度和剛度都是滿足抓取條件的，在抓取較硬的物品時(shí)，不會(huì)發(fā)生變形。同時(shí)還得到了等效應(yīng)力的云圖，如圖所示，當(dāng)機(jī)械手抓取物品時(shí)，應(yīng)力會(huì)主要分布在與后指節(jié)鉸接的地方，類似于杠桿原理，指節(jié)的前部受到力，會(huì)在杠桿的另一端有一個(gè)反作用力，這個(gè)地方也將會(huì)最可能出現(xiàn)應(yīng)力集中，由圖可以得出最大應(yīng)力為9.568Mpa，最小應(yīng)力為0.007Mpa，平均應(yīng)力1.094Mpa，前指受到的應(yīng)力較小，且圖中應(yīng)力最大的點(diǎn)很少，故在上述的工作條件下難以出現(xiàn)應(yīng)力集中，但是應(yīng)力較大的點(diǎn)還是存在，解決辦法是需要在加工時(shí)進(jìn)行工藝性倒圓角，這樣就能在一定程度上消除應(yīng)力集中。圖5-2前指節(jié)總變形云圖圖5-3前指節(jié)等效應(yīng)力云圖5.3手臂仿真分析手臂分析，每一段手臂的結(jié)構(gòu)都是相似的，選擇對(duì)中間手臂進(jìn)行仿真分析，計(jì)算求解以后得到總變形云圖和等效應(yīng)力云圖。手臂在工作的時(shí)候主要受到力矩的作用，將手臂有法蘭凸臺(tái)的一端，即圖的右端設(shè)為固定支撐，根據(jù)前面計(jì)算好的手前部重量以及負(fù)載，在另外一端施加80N的力，這樣得到總變形云圖變形量分布，在軟件中仿真時(shí)的縮放動(dòng)畫與實(shí)際相符，左邊受力而上下變形，由圖5-4可知，變形主要在施加力的一端，從手臂總長(zhǎng)的三分之二處開始變形，且越靠近左邊邊緣，變形量就越大，最大變形量為0.046mm，最小為0，平均變形量0.018mm，由此可以看出手臂此工作條件下的總體變形量很小，這樣的結(jié)構(gòu)還可以承受更大的載荷。再看等效應(yīng)力圖，如圖5-5，同樣的工作條件和受力方式，當(dāng)左邊受到向下的力時(shí)，右端法蘭盤處就出現(xiàn)了危險(xiǎn)點(diǎn)，如圖所示，這種十字形手臂結(jié)構(gòu)在受到向下的力時(shí)，應(yīng)力分布是上下型，上下邊緣的應(yīng)力也最大，由兩邊向中間逐漸減小，與現(xiàn)實(shí)中作用效果相同，最大應(yīng)力為2.846Mpa，最小應(yīng)力，平均應(yīng)力0.262Mpa，可以看出此時(shí)手臂受到的應(yīng)力較小，且三角形的結(jié)構(gòu)所受的應(yīng)力在三角形頂上，并未到達(dá)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，說明還可以承受更大大載荷，且不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中。圖5-4手臂總變形云圖圖5-5手臂等效應(yīng)力云圖5.4腕節(jié)仿真分析腕節(jié)指的是手腕處手腕與前臂連接的法蘭部件，根據(jù)手腕以上部分的重量，手爪工作時(shí)的負(fù)載重量，主要受力的地方是法蘭盤連接部分和螺栓孔，故將腕節(jié)的軸孔部分添加固定支撐，法蘭的上部螺栓孔處施加一個(gè)垂直法蘭盤面向右(圖中)的35N的力，法蘭的下部螺栓孔施加一個(gè)垂直法蘭盤向左的35N的力，形成一個(gè)力矩，求解計(jì)算后得到總變形云圖，如圖5-6，和現(xiàn)實(shí)中受力的效果一樣，上部的四分之一法蘭在受到拉力時(shí)會(huì)產(chǎn)生形變，且形變大小由邊緣向內(nèi)逐漸減小，上下法蘭形變呈對(duì)稱式分布，而兩邊的法蘭受到的影響很小，說明該機(jī)械手的腕節(jié)主要受力的地方是上下法蘭螺栓連接處，故在實(shí)際零件設(shè)計(jì)中，可以對(duì)上下部法蘭部分進(jìn)行加強(qiáng)，但我設(shè)計(jì)的機(jī)械手是在較為輕型的載荷條件下工作，仿真的變形量最大為0.00832mm，最小為0，平均形變量為0.0019mm，在這樣的工作載荷下變形量非常小，甚至可以忽略。再看等效應(yīng)力，與總變形圖所施加的力和條件一樣，計(jì)算求解后得到等效應(yīng)力圖5-7，腕節(jié)的應(yīng)力分布如圖所示，應(yīng)力主要在法蘭上下連接處，固定軸孔處也有小部分的應(yīng)力，最大應(yīng)力為5.4061Mpa，最小應(yīng)力為，平均應(yīng)力為0.505Mpa，與實(shí)際所想相符，在上下法蘭與主體的連接部分在大載荷下可能會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中導(dǎo)致斷裂，若要考慮優(yōu)化，則應(yīng)在連接處進(jìn)行改進(jìn)和加強(qiáng)，從而避免應(yīng)力集中，但該機(jī)械手在較輕載荷下工作，仿真結(jié)果顯示的應(yīng)力也比較小，所以該結(jié)構(gòu)和材料能夠滿足工作所需要的的條件。圖5-6腕節(jié)總變形云圖圖5-7腕節(jié)等效應(yīng)力云圖5.5本章小結(jié)本章主要講的是為了使零部件的的結(jié)構(gòu)，尺寸等得到優(yōu)化，檢查設(shè)計(jì)是否合理，在學(xué)習(xí)了一些相關(guān)知識(shí)后，使用仿真分析軟件ANSYS對(duì)部分零件進(jìn)行了仿真分析，將零件導(dǎo)入ANSYS后其設(shè)置物理參數(shù)，將實(shí)際工作時(shí)所受的力添加到零件模型上，建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算求解出總變形和等效應(yīng)力，軟件還會(huì)自動(dòng)生成變形，能量，力分布等云圖，根據(jù)總變形云圖和等效應(yīng)力云圖分析零件的受力情況，看是否滿足工作條件以及是否有可以對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善的地方，部分零件有的連接部位可能在受較大載荷時(shí)會(huì)出現(xiàn)大變形或應(yīng)力集中而導(dǎo)致斷裂，需要在設(shè)計(jì)加工時(shí)倒出一些圓角來增強(qiáng)零件的強(qiáng)度和剛度，但是我設(shè)計(jì)的機(jī)械手是用于輕型場(chǎng)合，故所設(shè)計(jì)的零件能夠滿足工作條件。

6機(jī)械手運(yùn)動(dòng)仿真分析6.1仿真動(dòng)畫的意義運(yùn)動(dòng)仿真分析能夠?qū)υO(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際工作的模擬，以此來對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行分析，方便后續(xù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，清楚地展示機(jī)構(gòu)工作原理，如果直接用實(shí)際中的模型去模擬，有太多的不確定性，不僅會(huì)帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)，還提高了成本，若用軟件去模擬機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作，不僅能提高安全性，降低了成本，還讓其結(jié)構(gòu)以及各個(gè)零件間的聯(lián)系和工作原理更為清楚地表現(xiàn)出來，有利于人們對(duì)機(jī)械手的了解和使用。為了驗(yàn)證我設(shè)計(jì)的機(jī)械手能夠抓取物品，滿足在不同工作環(huán)境下的要求，利用Inventor建模軟件裝配環(huán)境中的Inventorstudio動(dòng)畫制作模塊，對(duì)機(jī)械手的抓取物品動(dòng)作進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，即可進(jìn)行可行性與合理性分析。6.2Inventorstudio仿真動(dòng)畫介紹Inventorstudio是Inventor里的一個(gè)功能強(qiáng)大的模塊，有著其他軟件做不到功能，他有著對(duì)零件裝配體進(jìn)行渲染，利用裝配關(guān)系使零部件按照預(yù)定的約束運(yùn)動(dòng)起來，或者，建立參數(shù)模型進(jìn)行運(yùn)算求解，還可以利用零部件每一步的位置狀態(tài)來表現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)過程，對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行渲染之后，使得零部件更加的真實(shí)，原先給零件的上色也會(huì)更加逼真，最后再根據(jù)需要將渲染好的動(dòng)畫轉(zhuǎn)換為圖片或者多媒體，這樣就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)復(fù)雜且連續(xù)的運(yùn)動(dòng)，讓觀看的人清楚地了解零部件結(jié)構(gòu)以及其中的關(guān)系原理。非常方便快捷，其中的動(dòng)畫進(jìn)度條的復(fù)制與鏡像操作，可以大大加快運(yùn)動(dòng)仿真效率，利用約束來建立動(dòng)畫是較為方便和簡(jiǎn)單的，還能保證準(zhǔn)確性，若某個(gè)動(dòng)作中包含的裝配關(guān)系不準(zhǔn)確，存在歧義，則動(dòng)畫就自動(dòng)報(bào)錯(cuò)，不能繼續(xù)輸入指定的值來是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，必須要把不合理的裝配關(guān)系調(diào)整正確后才能繼續(xù)添加約束條件來制作動(dòng)畫。6.3抓取物品動(dòng)畫的仿真分析為了能更快更準(zhǔn)確地制作出運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，我使用的利用約束來制作運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，這就要求我對(duì)機(jī)械手的裝配關(guān)系和工作原理相當(dāng)熟悉，準(zhǔn)確地裝配關(guān)系是保證運(yùn)動(dòng)仿真分析做出來的關(guān)鍵，總的流程如圖6-1所示，本次仿真是要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手抓取圓柱物品的動(dòng)作，首先將我在Solidedge中創(chuàng)建的模型直接導(dǎo)入到Inventor中，再根據(jù)原先設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)原理，重新確立裝配關(guān)系后，將各個(gè)零件準(zhǔn)確地裝配起來，點(diǎn)擊裝配環(huán)境中的環(huán)境按鈕，進(jìn)入Inventorstudio動(dòng)畫制作模塊，然后對(duì)需要運(yùn)動(dòng)的零部件添加約束條件，生成動(dòng)畫時(shí)間軸，這樣一步一步地在時(shí)間軸上添加動(dòng)畫條就能完成動(dòng)畫的制作。在裝配環(huán)境中給整個(gè)機(jī)械手的零部件添加所需要運(yùn)動(dòng)的裝配關(guān)系，如圖6-2所示，為后臂的角度關(guān)系約束的添加，依次類推，中臂與后臂建立角度關(guān)系，中臂又與前臂建立角度關(guān)系，前臂與手腕建立角度關(guān)系，每個(gè)手指又以上個(gè)手指為基準(zhǔn)建立角度關(guān)系，第一個(gè)手指與手掌建立角度關(guān)系，水杯與底座建立相切偏置關(guān)系，底部表面平齊，以上關(guān)系為此次仿真的主要使