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主体结构设计方案 5 G# Y+ S" G" f( ] W9 y' n0 c: J
该机械手的工作空间很窄，仅为700 mm,所以要求机械手结构要紧凑，外形尺寸要小，但不要小到影响机械手的抓取能力。根据该机械手的工作环境及各坐标形式的优缺点，因此考虑采用折叠式关节型的设计方案。 其中2 处和3 处的铰接，1 处和2 处铰接小臂须有2 个自由度。 驱动方式的选择 * b& ]* `0 |/ u% U l# r' Y7 i! }4 V
该机器人一共有4 个独立的转动关节，连同末端机械手的运动，总计需要5 个动力源。常用的驱动方式为气压驱动、电机驱动和液压驱动3 种类型。基于这3 种驱动方式的优、缺点和机器人驱动系统的设计要求，选用直流伺服电机驱动的方式对机器人进行驱动。 自由度的分配
7 ?5 h: }& F6 T. [人的手臂有肩、肘、腕3 个关节，共6 个自由度。机械手的设计以模仿人的手臂为基础，再根据实际情况，由于运载小车和爬臂机器人均可在自身所在的区域内移动和转动，所以大臂和腕部各有一摆动自由度，而小臂有2 个自由度，即摆动和有限的转动，且小臂可转回到大臂的空隙，工作时可展开。最后一个自由度就是手腕的摆动。 + _& K: R$ O: h" t" V) V; {& ^ N V
手部设计
' x* b5 p' i2 C因为被握持工件的形状、大小、材料性能、重量和表面情况等的不同，从而机械手的手部结构也多种多样， 手部结构是根据特定的工件要求而定的。常用的手部分为吸附和夹持两大类。根据设计要求，采用夹持式的手部结构，它对抓取各种形状的工件具有较强的适应性。
' ~5 I+ s8 k; P2 }$ Y该设计手爪的动力由电机提供，通过将丝杠与电机相连， 利用手爪的特有结构来实现手爪的开合。本文设计出2 种机械手手爪。 腕部设计 : u: ^5 @% Z- B
腕部的作用是在臂部动作的基础上进行调整或改变手部的方位， 从而扩大机械手的运动范围，使得机械手变得更加灵巧，适应性更强。腕部具有独立的自由度，要求有绕中轴的摆动运动。机械手的工作条件是用于检查核储罐焊缝，在腐蚀性的场合中工作，所以对机械手的腕部材料选用耐腐蚀不锈钢316L。 臂部设计
: o* H2 M! ^$ E3 c9 Z臂部的作用是把手部送到空间运动范围内任意位置。若改变手部姿态，可用腕部的自由度加以实现。因此，臂部必须具备3 个自由度才能满足基本要求，即手臂伸缩、左右回转和升降运动。 & w+ p: r- V- b5 a ^7 Q
臂部的结构设计必须根据机器人的运动形式、抓取质量、动作自由度、运动精度等因素来确定。同时设计时必须考虑到手臂的受力情况，油缸及导向装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。臂部运动速度越高，惯性力引起的定位前的冲击也就越大，运动既不平稳，定位精度也不高。因此，在臂部设计时除了要求结构紧凑、重量轻外，同时采用一定形式的缓冲措施。 }3 y# ]! b/ z7 s4 |
自由度的分配在总体方案中已经介绍过，本文有4 个自由度，其中大、小臂的摆动，小臂的转动，都是通过电机驱动来实现。 大、小臂的摆动靠摆动油缸来实现，而小臂部分利用电机轴带动与其配合的板转动来实现其转动。
{/ m1 D! l# k; u9 t小臂的结构主要由2 块板、细轴组合而成，利用SolidWorks 建模后，其三维模型其三维模型如图5 所示。 机械手的建模 7 [& J- Y4 c. S6 g6 d4 s
本机械手的夹持对象是矩形焊缝检测仪，所以设计的机械手手爪应适合夹持矩形且夹持可靠。应用SolidWorks 软件对机械手的所有的零件建完模型后， 再在SolidWorks 的装配环境下进行装配，最终完成机械手的完整模型的装配， 建模结果如图6所示。
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0 s7 G# d. N' K! j机械手的运动仿真
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运动仿真是生产制造前的一种检查过程和方法，为了达到高效和有力地生产，所以运动仿真是设计制造前的重要操作环节。对产品进行运动仿真，能够生动形象地进行产品的运动模拟，使产品的工作原理清楚地表达出来。 , t p8 v- m( `; P* ^* b! B) A9 a
机械手的仿真过程，这里不再赘述。仿真后机械手实现预期的结果，机械手运动起来，达到了仿真的目的，如图7 所示。
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发表于 2016-7-11 09:52:11
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