三自由度机械手设计

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

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