一種用于水下機器人的并聯(lián)機械手的設(shè)計含6張CAD圖

一種用于水下機器人的并聯(lián)機械手的設(shè)計含6張CAD圖,一種,用于,水下,機器人,并聯(lián),機械手,設(shè)計,CAD 一種用于水下機器人的并聯(lián)機械手的設(shè)計 Design of a parallel manipulator for underwater robot? 摘 要 在日常生活中，有許多的工作需要不斷重復(fù)的進行，像一些材料的搬運，水產(chǎn)品的抓去等。為了使我們的雙手解放，機械手的研究是很有必要的。，在分析了水下復(fù)雜的環(huán)境后，結(jié)合任務(wù)書的要求，對一種具有三個自由度的結(jié)構(gòu)進行了分析。包括結(jié)構(gòu)組成、材料的選擇、工作原理以及應(yīng)用場合等。以三自由度 Delta 并聯(lián)機械手為基礎(chǔ)，對它進行了深入的分析，基本內(nèi)容如下： 在查閱相關(guān)資料后對各種自由度機械手的優(yōu)缺點進行了對比，對并聯(lián)結(jié)構(gòu)有了進一步的了解。分析了它的反解和正解。對機械手的自由度進行了計算，進一步證實了機械手運動的合理性。 對機械手的部分機構(gòu)進行了受力分析以及相應(yīng)的計算。根據(jù)設(shè)計要求，對機械手部分機構(gòu)進行了強度和剛度的分析和計算，證明了它的可行性。對機械手各部分的機構(gòu)進行了詳細的介紹以及各部分零件的特性和材料的選取。對于部分結(jié)構(gòu)，本文會予以重點介紹。 關(guān)鍵詞：并聯(lián)機械手；運動學模型；三自由度；結(jié)構(gòu)設(shè)計；水下  Abstract In daily life, there are many jobs that need to be repeated, such as the handling of some materials, catching aquatic products and so on.In order to liberate our hands, it is necessary to study the manipulator.After analyzing the complex underwater environment and considering the requirements of the task book, a structure with three degrees of freedom is analyzed.Including structure composition, material selection, working principle and application occasions.Based on the 3-DOF Delta parallel manipulator, it is deeply analyzed. The basic contents are as follows: After consulting the relevant information, the advantages and disadvantages of various degrees of freedom manipulator are compared, and the parallel structure has a further understanding.The inverse solution and the forward solution are analyzed.The degree of freedom of the manipulator is calculated, which further confirms the rationality of the manipulator movement. The force analysis and corresponding calculation are carried out on some mechanisms of the manipulator.According to the design requirements, the strength and stiffness of some mechanisms of the manipulator are analyzed and calculated, and its feasibility is proved.The mechanism of each part of the manipulator is introduced in detail, as well as the characteristics of each part of the parts and the selection of materials.Some of the structures will be introduced in this paper. Key words: parallel manipulator；kinematics model； three degrees of freedom；structure design；underwater 目 錄 摘要 1 Abstract 2 第一章 緒論 1 1.1課題研究背景、目的及意義 1 1.2水下機械臂在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.2.1國外研究現(xiàn)狀 2 1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 4 1.3并聯(lián)機構(gòu)的綜述 5 1.3.1并聯(lián)機構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀 5 1.3.2并聯(lián)機構(gòu)的分類 8 1.3.3并聯(lián)機構(gòu)的應(yīng)用 9 1.4本章小結(jié) 10 第二章 并聯(lián)機械手的運動學分析 11 2.1并聯(lián)機械手的自由度分析 11 2.2運動學逆解 12 2.3運動學正解 16 2.4本章小結(jié) 17 第三章 并聯(lián)機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 18 3.1設(shè)計要求 18 3.2并聯(lián)機械手的工作原理 18 3.3并聯(lián)機械手的結(jié)構(gòu)分析 18 3.4并聯(lián)機械手主要零件的設(shè)計 20 3.4.1靜平臺的設(shè)計 20 3.4.2動平臺的設(shè)計 21 3.4.3主動臂的設(shè)計 22 3.4.4從動臂的設(shè)計 23 3.5本章小結(jié) 24 第四章 其它部分的選取 24 4.1電機的選取 24 4.1.1舵機的介紹 25 4.1.2步進電機的介紹 25 4.1.3伺服電機的介紹 25 4.2傳動方案的選取 26 4.3牽引部的潤滑選擇 27 4.3.1 潤滑油的簡介 27 4.3.2 潤滑脂的簡介 29 4.4本章小結(jié) 30 第五章 機械手的強度驗證 31 5.1主要零件的強度驗證 32 5.2并聯(lián)機械手運動鏈的強度驗證 33 5.3本章小結(jié) 35 第六章 總結(jié) 36 參考文獻 37 致 謝 39 V 第一章 緒論 1.1課題研究背景、目的及意義 海洋是生命的起源地，在人類科技的不斷進步下，我們清晰的看到整個地球的全貌。從一些衛(wèi)星拍攝的圖片上可以看到，我們生活的地球四分之三都被海水所覆蓋，而我們能夠生存的陸地僅僅占了整個地球的四分之一?？梢缘弥?，海洋必然存在這豐富的資源，在對海洋的不斷探索中，我們發(fā)現(xiàn)了大量的石油，金屬，天然氣等各種各樣的資源。世界上的各個國家都將目光瞄準了這個巨大的蛋糕。在一系列探索戰(zhàn)略的實施下，海洋資源的捕撈得到了快速的發(fā)展。海洋生物的種類非常豐富有著巨大的經(jīng)濟價值，而且極大的拓寬了我們的食譜。由于人類在快速發(fā)展的過程中沒能對陸地資源進行合理的開采，使得我們能開采的資源不斷的減少。尤其是工業(yè)革命后各種資源因為開采過度造成了枯竭。為了使發(fā)展得到一個可靠的保證必須找到大量的資源，世界各國便將目光不約而同的放在了面積較大的海洋中。海洋中的資源開發(fā)較少，各種資源都非常全面，能夠很好的保證我們的發(fā)展?；剡^頭來觀看人類的發(fā)展歷史，科技的不斷發(fā)展雖然讓我們的生活有了很大的提高，但也造成了很多問題的出現(xiàn)。我們的環(huán)境變得越來越惡劣，空氣中到處都充滿著工業(yè)廢氣，對人類的身體健康造成了巨大的影響。全球升溫使得人類的生態(tài)環(huán)境有了很大的破壞。直接造成了多種生物的滅絕。由于資源的缺乏人類對海洋資源的開發(fā)熱情也越來越高，各國對海洋資源的開發(fā)都有很大的扶持海洋的開發(fā)也就成為了全球的熱門。水下物資的探測，深水捕撈，海底的管道建設(shè)等各種工作逐漸進入了人們的視野中。隨著水的深度不斷增加，水下的壓強也會不斷增高，而且相比于陸地來說水下的溫度較低，一些深水領(lǐng)域的溫度人類根本適應(yīng)不了，在水下能看見的范圍也非常有限。因為這些原因人類不能長時間的呆在水下，一些深水領(lǐng)域甚至去不了。水中還生活這著各種各樣的生物，它們會對人類的安全造成威脅，水下的工作環(huán)境也非常的復(fù)雜。因此能夠替代人類在水下進行工作的機械便應(yīng)運產(chǎn)生，那就是水下機器人。和人類相比，它的效率更好，能夠工作的深度更深，危險性很小而且工作的范圍很大，可以很好的完成水下作業(yè)。這也從側(cè)面反應(yīng)了水下機器人的發(fā)展進度直接影響著國家對海洋資源的開采。機械手是整個機器人工作的保障，所以它的發(fā)展直接決定了機器人的工作情況。應(yīng)用較多的便是是工業(yè)機械手，他能夠替代人手進行繁重的工作，在食品，器械制造，醫(yī)療等諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。能使產(chǎn)品的質(zhì)量得到保證，使生產(chǎn)效率得到很大的提高。在機械手的應(yīng)用中串聯(lián)機械手應(yīng)用較多，這種結(jié)構(gòu)使用各種連接的元件將電機，各關(guān)節(jié)，手抓連接在一起，形成了一條完整的運動鏈，這使得它的移動空間非常廣闊，而且它的控制相對來說比較簡潔，還有很大的承載能力。它的缺陷也很明確，在工作的時候移動速度比較慢，運動時的慣量也很大，不能精確的控制手抓的運動，整體結(jié)構(gòu)的剛度也比較低，容易造成損壞。與它相比，并聯(lián)機械手的性能就得到了很大的完善。整個機構(gòu)對精度的控制很好，能夠?qū)ξ矬w準確的抓取，控制起來也比較容易，能夠很好的傳遞運動，結(jié)構(gòu)剛度較強，有著很大的承載能力。這使得它廣受人們的喜愛，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。近年來，人們對它的研究熱情逐漸增加，是工業(yè)發(fā)展中重要的一環(huán)。以前，人們對海洋生物進行捕撈的時候主要靠人工，通過放置一些魚餌，把水中的魚吸引過來，然后將它們釣起來或用網(wǎng)將它們撈上來。這種方法安全性非常的差，很容易使我們受傷，花費的人力較多而且效率很低，是一種很原始的方法。所以對機械手的研究是很有必要的，他能夠解決傳統(tǒng)作業(yè)成本高，效率低，風險大的狀況，對漁業(yè)的發(fā)展有很好的促進作用，提高經(jīng)濟價值。在很多水下抓取、探測、營救中都起到了很好的作用。 1.2水下機械臂在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1國外研究現(xiàn)狀 水下機械手的設(shè)計在國外發(fā)展較早，研究完成的很多成品已經(jīng)投入到生產(chǎn)當中，并且工作情況良好，建立了一套比較完整的研發(fā)系統(tǒng)，他們對機械手的設(shè)計有很多的可取之處。美國的一家公司設(shè)計并制作了TITAN4如圖1-1所示。 圖1-1機械臂ＴＩＴＡＮ４ 這個公司對機械手的設(shè)計比較成熟，所設(shè)計的一些成品性能優(yōu)良，各個關(guān)節(jié)的控制都比較自如，整體的形狀模仿人手的構(gòu)造設(shè)計，完成工作的時候非常穩(wěn)定，能夠長時間的使用，在水下機械手的設(shè)計領(lǐng)域中有著很高的知名度。該機械手主要被用在一些水下的建設(shè)工程中，如水下天然氣管道的建設(shè)，探測，水下資源捕撈站的建造，維修等很多方面。在對這種機械手的設(shè)計中，因為水中有著很多不可控制的因素，如一些大型海洋生物的破壞，水下壓強的作用，水中一些物質(zhì)對它的腐蝕等。研究人員選用鈦合金作為它的材料，這是為了保證整個機構(gòu)的剛度，以便應(yīng)對這些因素對它造成的影響。這種機械手在設(shè)計時，將它關(guān)節(jié)的力矩設(shè)置的較大，是一種7功能的機械手，對于一些水下的大型工作非常適合。 一家加拿大的公司ISE設(shè)計并制作了Magnum-5Mini，如圖1-2所示。 圖1-2 機械臂M a g n u m - 5 M i n i 這個機械手能用開關(guān)控制或主從控制對它的運動進行控制，在使用它的時候可以根據(jù)自己的需求選擇它的操控方式。整個結(jié)構(gòu)通過液壓來進行驅(qū)動，能夠抓去60多千克的物體，可以在水下5000米左右的深度進行工作，能很好的完成水下的抓捕工作。 韓國對機械臂的研究也取得了很豐碩的成果，為了清除一些核廢料，設(shè)計并 制作了一種五功能的機械手，這種機械手在驅(qū)動的時候采用了電氣驅(qū)動，通過電機使各個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動來完成任務(wù)，全長被設(shè)計為600多毫米，它的反饋系統(tǒng)是通過一種變壓器來計算各個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的角度，使得整個機構(gòu)的靈活性較高。能夠很自如的運動，在完成任務(wù)時精確性很高。 日本也十分重視水下機械臂的設(shè)計制造，在上個世紀的70年代就開展了對它的研究。設(shè)計完成的很多類型都已經(jīng)用在生產(chǎn)當中。 1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國對水下機械手的研究也取得了豐碩的成果，對深海作業(yè)領(lǐng)域有很大的扶持力度，各研究機構(gòu)在這方面也取得了很大的進展，正處于飛速發(fā)展的階段。 華中科技大學研發(fā)了一種通過控制摩擦力影響機械臂的算法，在控制它的液壓時選用了PWM電磁閉合閥。使得整個結(jié)構(gòu)在完成工作時更容易控制。 哈爾濱工程大學的研究人員王成軍對一種七功能的水下機械臂進行了分析，它的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。 圖1-3 機械手結(jié)構(gòu)簡圖 這種結(jié)構(gòu)采用了電液伺服控制的方式，控制時選用了自適應(yīng)的方法，建立了一種模型。通過與其它的控制方法比較，證實了這種控制方式對誤差的控制以及外界因素的干擾是很有用處的。 由于液壓驅(qū)動這種方式很受人們的喜愛，湖北師范大學的廖亦凡先生選用了高速閉合閥作為控制機構(gòu)，設(shè)計了一種新型的驅(qū)動系統(tǒng)，并建立了模型，通過一些仿真系統(tǒng)的驗證，證實了這種系統(tǒng)的響應(yīng)速度超過了其他的方式。這使得整個結(jié)構(gòu)在工作時效率更高，完成工作時更加穩(wěn)定。 1.3并聯(lián)機構(gòu)的綜述 1.3.1并聯(lián)機構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著資源開發(fā)的不斷進展，為了使工作能夠正常的進行，我們對工具的要求也越來越大，經(jīng)過不斷的分析與實驗，設(shè)計出了一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)，它能夠滿足我們對工作的需求。在查閱大量相關(guān)的資料后，我對它的發(fā)展有了一定的了解，一開始的時候，一位知名的學者Gwinnett先生于1931年研發(fā)了一種球面結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機械手，最開始是為了調(diào)整電影院中座椅的位置而設(shè)計的。在不斷的分析和實驗中，Pollard先生于1940年設(shè)計了一種給汽車噴油漆的的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。再往后的研究中各種類型的并聯(lián)機構(gòu)被設(shè)計出來，因為工作的需求不同，它們的結(jié)構(gòu)也被設(shè)計的五花八門，伴隨著技術(shù)的不斷完善，少自由度結(jié)構(gòu)的設(shè)計越來越受人們的歡迎。在這些類型中，Delta并聯(lián)機械手這種結(jié)構(gòu)各方面的性能都比較良好，是Reymond Clavel先生于1985年所設(shè)計的，如圖1-4所示。 圖1-4 Delta三自由度并聯(lián)機構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)具有三個平移自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)X,Y,Z三個方向的移動，它用到的的構(gòu)件較少。能使我們的制造成本很大程度的減少，它的轉(zhuǎn)動精度也很高，便于我們對它的控制，而且這種結(jié)構(gòu)的剛度也比較大能夠承受很大的載荷，對于我們的工作能夠很好的完成。在學習了大量的資料后對它一些常見的分類和應(yīng)用以及構(gòu)造方法做了簡單的分析和概括。并聯(lián)機構(gòu)經(jīng)過多年的研究后，理論上的分析已經(jīng)很完善，但是能夠用在生產(chǎn)當中的并不多。近年來，隨著需求的增多，它的發(fā)展也得到了進一步的完善，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中。在一些物品的生產(chǎn)中，為了滿足人們不同的需求，他需要完成很多的工作，所以它的裝，卸上就需要快速的完成，以應(yīng)對各種情況。Delta并聯(lián)機械手消除了使用時的很多缺點，這種結(jié)構(gòu)速度快，精度大，載荷承受力強，易于操控，結(jié)構(gòu)簡潔，對于人們的需求能很好的解決。 并聯(lián)機構(gòu)的構(gòu)造是非常獨特的，它使用幾個獨立的運動鏈將動，靜平臺連接在一起，是一種很典型的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。早在1965年，德國的Stewart先生就研究并設(shè)計了了一種存在六個自由度的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，在最初設(shè)計它的時候是為了培訓飛行員。在經(jīng)過多年的發(fā)展后，澳大利亞一個知名的機構(gòu)學的學者Hunt于1978年設(shè)計了一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)并將它用在機器人上替代機器人的手臂，如圖1-5所示。 圖1-5 平面2自由度機器人 這種結(jié)構(gòu)通過獨立的運動分支與與機體相連，每條分支中的運動副都是唯一的，末端用來執(zhí)行的構(gòu)件必須要有運動的自由度。將它與串聯(lián)結(jié)構(gòu)相比，能夠看出它的結(jié)構(gòu)要簡潔的多，由一些桿件，滑塊，球鉸等將主手，從手，與動靜平臺連接起來，這些構(gòu)件在機械中比較常見，它們的各種類型在廠家都有生產(chǎn)，組裝的時候比較容易，而且生產(chǎn)的成本也很低，用他們來組裝機械手是一個很好的選擇。以上是它在生產(chǎn)時的優(yōu)點，在實際生活中的應(yīng)用上，相對于串聯(lián)結(jié)構(gòu)來說，因為它選用的是閉環(huán)形式的結(jié)構(gòu)，桿件上只需要承受一些拉伸或壓縮時的載荷，并且在受力的時候多根桿一同分擔，使得它能夠承受更大的載荷，所以它的剛度非常大。因為在對運動部件的選擇上選取了質(zhì)量很輕的結(jié)構(gòu)，就會使得動平臺能夠獲得較大的加速度，對它動態(tài)性能的控制有著很大的幫助，一些高速數(shù)控的工作都會使用它。 在平時的工作中，各個關(guān)節(jié)都會有一些誤差，這就造成了在工作時會有一些加工誤差。相對于串聯(lián)的結(jié)構(gòu)來說，這種并聯(lián)機構(gòu)在工作的時候，關(guān)節(jié)之間的誤差能夠相互消除，使得它的工作能更好的完成?；谶@個原因，它未來的發(fā)展前景是很好的。它的執(zhí)行構(gòu)件上可以安裝各種工具，對很多東西都能進行加工，有著多種多樣的布局，各自由度之間也有很多的組合，對許多行業(yè)的發(fā)展都有很大的幫助，能夠用于很多的工作，是一種比較理想的結(jié)構(gòu)。因為它的結(jié)構(gòu)中沒有設(shè)置導軌，各個構(gòu)件的受力都比較均勻，使得構(gòu)件所受到的破壞很小，所以它的使用時間很長。并聯(lián)結(jié)構(gòu)本身也有很多不完善的地方，它是一種比較新穎的結(jié)構(gòu)，人們對于它的研究也不是很完善，有很多需要改進的地方。由于它結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得它能夠工作的空間很小。一些控制的系統(tǒng)也不是很完善，很多的工作都不能完成。需要人類對它不斷改進，不斷提高。 1.3.2并聯(lián)機構(gòu)的分類 為了滿足人們不同的需求，并聯(lián)機構(gòu)被設(shè)計的多種多樣。從并聯(lián)機構(gòu)運動的方式來說，分為平面和空間兩大類，細分可以分為很多種，表1-1按照它自由度的個數(shù)的不同對它做了一些總結(jié)： 表1-1 并聯(lián)結(jié)構(gòu)的分類 類型 例子 特征 有2個自由度的并聯(lián)結(jié)構(gòu) 5-R并聯(lián)結(jié)構(gòu) 能在空間中進行兩個方向的運動 3-R-2-P并聯(lián)結(jié)構(gòu) 有3個自由度的并聯(lián)結(jié)構(gòu) 3-RRR并聯(lián)結(jié)構(gòu) 能夠進行1個轉(zhuǎn)動以及2個移動的運動 3-RPR并聯(lián)結(jié)構(gòu) 3-UPS-1-S球面并聯(lián)結(jié)構(gòu) 運動副全部的軸線在空間中相交于一點 Delta?并聯(lián)結(jié)構(gòu) 在空間中運動時只進行移動，不做轉(zhuǎn)動 Star?Like并聯(lián)結(jié)構(gòu) 3-RPS?并聯(lián)結(jié)構(gòu) 在空間中工作時每個點的運動方式都不同 3-UPS-1-PU?并聯(lián)結(jié)構(gòu) 能夠進行1個移動以及2個轉(zhuǎn)動的運動 有4個自由度的并聯(lián)結(jié)構(gòu) 2-UPS-1-RRRR 并聯(lián)結(jié)構(gòu) 是一種串、并聯(lián)組合而成的結(jié)構(gòu)，不是完全并聯(lián)的結(jié)構(gòu) 有5個自由度的并聯(lián)結(jié)構(gòu) Lee的5自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu) 由兩個并聯(lián)結(jié)構(gòu)組合而成 有6個自由度的并聯(lián)結(jié)構(gòu) 3-PRPS并聯(lián)結(jié)構(gòu) 有6條用來運動的支鏈鏈 3-URS并聯(lián)結(jié)構(gòu) 1.3.3并聯(lián)機構(gòu)的應(yīng)用 并聯(lián)結(jié)構(gòu)由于它本身有很多的特點，被用在一些需要較高的精度，一些高強度的工作以及一些工作范圍較小的場合，主要的應(yīng)用場合如下 1.用于各種鉆床，銑床，磨床，切割機上，對一些金屬進行加工，改造。 2.用在測量的機械中，對一些機構(gòu)進行誤差的測量。 3.用于一些模擬器上如搖擺臺的模擬，產(chǎn)品的可行性檢測，飛行器的對接，汽車車輪的裝配流水線上。 4.一些物體的小距離搬運。 5.零食，藥品的包裝。 6.工地上材料的搬運。 1.3.4并聯(lián)機構(gòu)的設(shè)計原則 在對機械手進行構(gòu)形時，要考慮它的工作范圍，工作環(huán)境，還要考慮它的制作成本。在傳遞運動的構(gòu)件中，應(yīng)該最大程度的選用構(gòu)件數(shù)量少的結(jié)構(gòu)。盡可能的完成所要求的工作。在對傳遞運動的鏈的選取上應(yīng)該盡可能的對它的結(jié)構(gòu)做一些簡化，不僅能減少制作的成本而且還能減少因各個零件的運動所造成的誤差，并且能夠使整體結(jié)構(gòu)的重量變的輕便，有利于工作的完成。選取運動副時，盡量選擇低副，這能夠使各個零件配合的精度提高，還有較強的承受力，使它的加工變的更加方便。 在以前，我們主要是靠著經(jīng)驗對一些機械手的尺寸，各個構(gòu)件在其中的位置來對它進行設(shè)計。伴隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和工作對它需求的擴大，我們必須設(shè)計出更高精度，更高速度，更高效率的結(jié)構(gòu)。為了滿足人們的需求，在設(shè)計結(jié)構(gòu)的時候首先要考慮它的尺度大小以及它能夠工作的范圍。在保證基本的工作后，需要將它的尺度盡可能的減小，所有條件都考慮周全是非常難得，滿足了一個條件就有可能使另一個條件得不到滿足。在人們不斷的分析研究中，許多學者提出了自己的看法和建議，總結(jié)了一套設(shè)計的標準，盡可能的在滿足工作要求后讓它的各方面性能達到最好。在設(shè)計前對它能夠達到的工作空間的分析是很有必要的。這就需要我們對它的尺寸進行擬訂。另外，在對它的結(jié)構(gòu)設(shè)計中我們還需要考慮它在工作中有可能出現(xiàn)的構(gòu)形奇異，在觀看了大量的資料后，了解了一些它可能出現(xiàn)的情況。 1.動平臺和靜平臺的形狀都為類似的正多邊形的話，在這個機構(gòu)的工作空間中它的雅戈比矩陣就會出現(xiàn)奇異。 2.動平臺和靜平臺如果是不相似的正多邊形，并且都是通過一根長桿將它們對應(yīng)的頂點連接起來，在整個機構(gòu)的工作空間中它的雅戈比矩陣就為奇異的。 如果機構(gòu)中出現(xiàn)了這些奇異，并聯(lián)結(jié)構(gòu)就不能使受到的負載均勻的分布在各個構(gòu)件上，使得工作無法進行。就算沒有這些奇異的出現(xiàn)，也有可能發(fā)生雅戈比矩陣條件過多使機構(gòu)運動的傳遞降低。所以我們在設(shè)計它的結(jié)構(gòu)時要盡可能的避開這些問題的出現(xiàn)，使得機構(gòu)能正常的工作。 1.4本章小結(jié) 在查閱了大量的相關(guān)資料后，對并聯(lián)機械手有了一定程度的了解，設(shè)計了一種用于水下小型海洋資源抓取的機械手。本章主要介紹了水下機械手的一些發(fā)展現(xiàn)狀以及對并聯(lián)機構(gòu)做了一些基本的介紹。對幾種不同自由度的機械手做了簡單的對比和分析。 第二章 并聯(lián)機械手的運動學分析 2.1并聯(lián)機械手的自由度分析 在對一個器件進行設(shè)計的時候，首先應(yīng)該對它做一個理論上的分析。這是很有必要的，對后面的設(shè)計會產(chǎn)生很大的影響。就本次設(shè)計來說，對機械手進行一個運動上的分析，能夠讓我們對它有一個更加深入的了解，對以后的設(shè)計有著很重要的作用。在觀看學習了大量相關(guān)的資料后，對機械手的運動情況有了比較清晰的認識。對于一個并聯(lián)機構(gòu)來說，當知道了它的主動件的位置時后，就可以求出它的末端構(gòu)件的位置和形態(tài)，這個求解的過程被稱作它的運動學正解。反過來，當知道了他的末端構(gòu)件的位置和形態(tài)的時候，也可以得到它的主動件的位置，而這個過程被稱作它的運動學反解。在對機械手的運動學求解的過程中會發(fā)現(xiàn)它的正解求起來比較困難，而它的反解求起來則容易的多。下文對它的分析過程做了詳細的說明。 對于空間中的物體來說，如果它不受任何的限制，它都有著6個自由度。其中，三個自由度是它進行平移運動時的，即沿著x,y,z這三個方向進行移動，剩下三個自由度是它進行旋轉(zhuǎn)運動時的，即繞著x軸,y軸,z軸這三條軸進行轉(zhuǎn)動。幾個剛體通過運動副的連接后就形成了一個機構(gòu)。這些機構(gòu)中的運動副之間會相互約束，使得它的自由度減少。由圖2-1可以看出，三條一模一樣的運動鏈將動平臺和靜平臺的三條邊連接在一起。在這些鏈中，都有著一個閉環(huán)結(jié)構(gòu)，這就是機械臂的從手，它由兩根長桿和四個球鉸結(jié)合而成，它的上端連接著機械臂的主手，下端和靜平臺相連。這三個閉環(huán)使得動、靜兩個平臺一直保持著平行，使得進行運動的平臺失去了旋轉(zhuǎn)的自由度，只保留著平移的自由度。 圖2-1 三自由度機器人 對機械手進行了一系列分析后，下面對它的自由度進行了計算。機構(gòu)的自由度有很多計算的方法，本文選用了比較經(jīng)典的Kutzbach Grubler 公式： F=6(n?g?1)+i=1gf1（2-1） 在這個式子中： F 表示的是這個機構(gòu)中所擁有的自由度數(shù)目；n表示的是這個機構(gòu)中所有構(gòu)件的數(shù)目；g表示的是這個機構(gòu)中所有運動副的數(shù)目； f1表示的是所有運動副所擁有的自由度數(shù)目之和。 經(jīng)過分析，可以知道它有著一些局部的冗余自由度，。為了消除它對這個機構(gòu)的影響，在對這個機構(gòu)的自由度進行計算時，可以選用兩個虎克鉸來替換四個球鉸中的任意兩個。用式（2-1）可以計算出這個機構(gòu)的自由度的數(shù)目。對該機構(gòu)進行分析，可以看出它一共有11個構(gòu)件n＝11,15個運動副g＝15,根據(jù)式（2-1）可以算出它一共有三個自由度，計算結(jié)果和上面的分析一致，整個機構(gòu)沿著x,y,z三個方向做平移運動。 2.2運動學反解 在計算了機械手的自由度后，接下來要對它的運動進行分析，由于它的反解求解起來比較容易，所以先對它的反解進行分析以及相應(yīng)的計算。對它的反解進行分析的時候，首先要對它的運動情況進行分析，找一找它運動時候的規(guī)律。這樣能使我們對它空間中的位置有一個更加直接的了解。為了方便接下來的分析，對這個機構(gòu)進行了一個簡單的簡化。結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-2所示。 圖2-2 并聯(lián)機械手簡化圖 將三根虛構(gòu)的長桿分別連接到平行四邊形閉環(huán)上下邊的中點位置。因為機構(gòu)中的所有平行四邊形的框架都不會發(fā)生扭曲，所以上下邊中點的運動和平行四邊形左右的運動是相同的。 為了方便接下來的求解，對它建立了坐標系。結(jié)合機械手的設(shè)計任務(wù)，本文對此構(gòu)件建立了兩個坐標系，其中，將O-XYZ設(shè)置為靜平臺的坐標系，它結(jié)構(gòu)的中心位置為坐標系的原點O。將O-x，y，z，設(shè)置為動平臺的坐標系，它結(jié)構(gòu)的中心位置為坐標系的原點O，, 如圖2-3所示。 圖2-3 坐標系示意圖 由上圖可以看出，z軸與靜平臺相互垂直，z，軸與動平臺相互垂直，垂直于B1B3的為OX軸，垂直于P1B3的為O，X，軸。B1E1為主動桿，長度為Lb,E1P1為從動桿，長度為La，基座與主手的夾角分別為θ1，θ2，θ3。 將OB1的長度設(shè)置為R,將O，P1的長度設(shè)置為r，B1點在靜坐標系O-XYZ中的位置矢量就可以表示為： ，其中（ ） 同樣的，也可以得出P1點在動坐標系O-x，y，z，中的位置矢量： ，其中（ ） 通過幾何學的關(guān)系，可以得到E1點在靜坐標系O-XYZ中的位置矢量為： ，其中（ ） 將OO，在建立的靜坐標系O-XYZ中表示為 ,OP1在靜坐標系O-XYZ中就可以表示為： ，其中（ ） 在經(jīng)過以上的分析后，根據(jù)，對上述表達式進行化簡后可以推導出下面的公式： 把和這六個參數(shù)代入上面的式子中可以得出： 將上面的式子進行整理和簡化，就可以得出下面關(guān)于θ1的一元二次方程： （ ） （2-6） 其中 在經(jīng)過計算后，得到了以下等式： 其中Ki，Vi，Ui這幾個參數(shù)均為已知，所以求解方程（2-6）得： 所以，當我們已經(jīng)知道了機器人運動平臺的位置，根據(jù)時（2-16）可以得出電機的輸入量，也就是主動臂的張角: 2.3運動學正解 分析完它的反解后，接下來要對它的正解進行分析，上文已經(jīng)提到它的正解求解起來比較麻煩。在學習了許多的相關(guān)資料后，找到了一種比較簡便的求解方式。這種方法在求解時運用了數(shù)值法，使用這種方法建立的數(shù)學模型比較簡單，經(jīng)過分析，可以得到相應(yīng)的位置和姿態(tài)。并且這種方法不需要太多公式的推導，因此，使得這種方式很受歡迎。對本次的設(shè)計來說，為了求解它的正解，把三條主手與靜平臺之間的夾角設(shè)置為參數(shù)。由式 （2-2）可得： 從上面的式子中可以看出其中包含著三個未知數(shù)，建立了三個非線性方程，能夠求解出三個參數(shù)來。 2.4本章小結(jié) 在這一章節(jié)通過對機械手的運動學分析包括它的自由度的分析，正解，反解的分析，對整個構(gòu)件的結(jié)構(gòu)有了進一步的了解，為后面的結(jié)構(gòu)設(shè)計打下了一個良好的基礎(chǔ)。大部分的公式都來自一些相關(guān)的文獻。它的正確性還需要進行深入的分析和計算。 第三章 并聯(lián)機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 3.1設(shè)計要求 并聯(lián)機械手安裝在水下機器人上，用于海洋資源探索抓取研究。主要完成一些工作強度較低的小型海珍品抓取并存放到水下機器人本體上。機械手的性能參數(shù)要求如表3-1： 表3-1 機械手的性能參數(shù)要求 序號 名稱 設(shè)計指標 1 負載 ≥0.5Kg 2 自重 ≤5Kg 3 夾取力 ≥5N 4 手爪抓取直徑 80mm≥Φ≥10mm 5 機械臂最大運動距離 ≥250mm 6 機器人本體尺寸 500mm×500mm×300mm 7 工作能力 完成物體抓放 3.2并聯(lián)機械手的工作原理 在對并聯(lián)機械手做了許多分析后，得到了它的工作方式。并聯(lián)機械手中有三條運動鏈，每一條鏈中都有主手，從手，運動副等這些構(gòu)件。主手連接著從手和電機，電機通過一些連接構(gòu)件將運動傳遞給主手，主手在把運動傳遞給從手，從手再把運動傳遞到動平臺上，動平臺在一些運動副的作用下控制著手抓的運動。用于抓去一些物件或?qū)λM行一些搬運的工作，它的過程主要是這樣的：手抓在機械臂的帶動下，移動到物體的上方，對物體進行抓取，然后再移動到擺放物體的位置，放下物體后沿著原路返回，不斷的重復(fù)這幾個過程，完成對物體的搬運。它跟人手搬運物體的情況相差的不多，相比于人手，它更加方便，快速。不僅解放了我們的雙手，而且省時省力，效率高，對生產(chǎn)有著很大的幫助。 3.3并聯(lián)機械手的結(jié)構(gòu)分析 并聯(lián)機械手要在水下進行工作，所以它的重量不能太高。學習一些資料后了解到delta結(jié)構(gòu)是一個比較好的選擇。它的動，靜兩個平臺都是正三角形的形狀，這種結(jié)構(gòu)最開始的時候是為了完成一些小型物體的抓放工作，它能夠完成每秒兩次以上的抓去工作。而且它的結(jié)構(gòu)比較簡單，能夠在空間中完成三個平移自由度的運動，能夠承受比較大的載荷，它的結(jié)構(gòu)剛度也比較大，定位精度比較好，很適合一些小型物體的操作。接下來對它的結(jié)構(gòu)進行了分析設(shè)計。 Delta機構(gòu)根據(jù)連接副的不同分為很多的類型，下文介紹的是有三個平移自由度的一種。由動，靜平臺，主手，從手，電機以及末端的執(zhí)行機構(gòu)組成，具體的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 圖3-1 Delta機器人結(jié)構(gòu)圖 由圖3-1能夠得知它是一種閉環(huán)結(jié)構(gòu)，由靜平臺、三條主手、三條從手、動平臺和末端執(zhí)行器械等幾部分結(jié)合而成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-2所示。 圖3-2并聯(lián)機器人結(jié)構(gòu)簡圖 從這個簡圖中，能夠更直觀的看到它的結(jié)構(gòu)，最上面的靜平臺上的三條邊分別安裝著一個電機，電機通過一些用于連接的機構(gòu)與主手連接在一起，主手則連接著一個封閉的平行四邊形，也就是機構(gòu)的從手。從上圖可以看到從手是由四個球行副，兩根長桿以及兩根短桿結(jié)合而成。它的下面連接著一個正三角形，也就是動平臺。這三個閉關(guān)結(jié)構(gòu)使得上下兩個平臺一直保持著平行的關(guān)系，這就消除了整個機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)自由度而只保留了三個平移的自由度。經(jīng)過以上的分析，對這個器械有了一個很明確的認識，接下來要對這個器械的結(jié)構(gòu)進行具體的設(shè)計，下文是這個構(gòu)件一些主要部位的設(shè)計。 3.4并聯(lián)機械手主要零件的設(shè)計 3.4.1靜平臺的設(shè)計 靜平臺是整個機構(gòu)中不動的部分，他上面需要裝所有的電機，而且還要承載整個機構(gòu)的重量，所以必須保證它的剛度。如果剛度不夠的話，他在工作的時候就會承受不住整個機構(gòu)的重量而斷裂?？紤]到它是用來抓取一些小型的資源，整個機構(gòu)的重量就不能太大，整個制作的成本也不能太高，在了解了一些相關(guān)的資料后，選取6061鋁合金當做它的材料。這種材料密度比較小，用它制作構(gòu)件的話整體的質(zhì)量就不會太大，對整個機構(gòu)的設(shè)計很有幫助。并且這種材料的性能非常的好，能夠保證整個機構(gòu)高頻率，高強度的工作，對我們使用它來完成工作很有利處。最重要的是它的表面很容易就會形成一層厚厚的氧化膜，能夠有效的應(yīng)對海水對它的腐蝕，對整個機構(gòu)有很好的保護作用。在對它的設(shè)計中，為了使整體的重量不至于太重，把它設(shè)計成了一種類似三葉草的形狀，既減輕了整個結(jié)構(gòu)的重量，節(jié)省了制造的成本又能很好的完成我們給它的工作。為了滿足設(shè)計要求將它的半徑設(shè)置為162mm它的三個葉片上分別裝著一個電機給主手傳遞動力，中間用一個柱狀結(jié)構(gòu)固定在支撐架上面，它的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。 圖3-3 靜平臺結(jié)構(gòu)圖 3.4.2動平臺的設(shè)計 動平臺在材料的選擇上與靜平臺相同，依舊選擇6061鋁合金作為它的材料，原因上文已經(jīng)說明。動平臺在工作的時候要隨著機械臂的運動而運動，它的上面連接著機械臂的從手，從手會通過一些傳動結(jié)構(gòu)傳遞運動給它，控制著它的運動，下面則是連接著手抓。為了是使它的結(jié)構(gòu)更加流暢可靠，選用角接觸球軸承對它進行連接，使得它可以承在各種方向的載荷。它的結(jié)構(gòu)形狀也是各種各樣，本文在設(shè)計的時候?qū)⑺男螤钤O(shè)計為一個正多邊形的形狀，原因也是為了減輕整個機構(gòu)的重量以及節(jié)約成本，抵抗海水中的物質(zhì)對它的破壞，而且設(shè)計成這種結(jié)構(gòu)能夠讓機械手更好的運行，還與上面的靜平臺相對應(yīng)，使得整個機構(gòu)看起來更加的美觀，一舉數(shù)得。將它的幾何中心到邊緣的長度設(shè)計成30mm。它的三條邊上分別連接著一條運動鏈，中間同樣用六角的柱狀結(jié)構(gòu)連接固定，它的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。 圖3-4 動平臺結(jié)構(gòu)圖 3.4.3主動臂的設(shè)計 主手的材料也選用鋁合金6061，原因如上文，并且在在設(shè)計中將把它做成一種空心的結(jié)構(gòu)，將它的尺寸設(shè)計為173mm。主手在整個機構(gòu)中連接著從動臂以及電機，是整個機構(gòu)中傳遞動力的和起到連接的元件。為了使它有足夠的剛度，將它分成了一個桿身以及兩個桿頭。它的上面與電機的連接蓋相連，電機的連接蓋一般都是一種多孔的結(jié)構(gòu)，能夠使電機有更好的散熱，對整個機構(gòu)的安全有著很大的作用。它的下面與從手相連，通過運動副將動力傳遞到主手上，它的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。 圖3-5 主動臂結(jié)構(gòu)圖 3.4.4從動臂的設(shè)計 從手的結(jié)構(gòu)也設(shè)計為空心的結(jié)構(gòu)，材料也選取為鋁合金6061，原因和主手相同，從手也是用來傳遞動力以及起到連接的作用的原件，在設(shè)計中將它的長桿設(shè)計為446mm。在對從手結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，選用了兩根長桿還有四個球形副以及一些連其他的機構(gòu)。比如，用來固定的線圈，圓桿等。它的上面在球鉸的連接下與主手連在一起，下面的部分在球鉸的連接下與動平臺連接在一起，使得整個結(jié)構(gòu)連接穩(wěn)固，能夠流暢的運行。在工作時通過一些運動如擺動，伸展等對動平臺進行運動的傳遞，它的結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。 圖3-6 從動臂結(jié)構(gòu)圖 3.5本章小結(jié) 在查閱了大量資料后，對于機械手的結(jié)構(gòu)有了比較清晰的認識，再結(jié)合了設(shè)計要求后，對它的結(jié)構(gòu)進行了分析介紹，簡要的敘述了它的工作原理，并且對一些主體的部分進行了結(jié)構(gòu)的分析計算，初步確定了它的結(jié)構(gòu)大小。在對一些常見材料進行分析對比后，將它主體部分的材料選為鋁合金。 第四章 其它部分的選取 4.1電機的選取 電機是整個結(jié)構(gòu)中必不可少的部分，沒有電機的驅(qū)動機器就無法進行工作。它的功率的大小對整個機器的運動非常重要。功率過大的話會使得構(gòu)件在運動時超出它所能承受的范圍，對機構(gòu)有很大的破壞，而且還會造成電力的浪費，功率過小的話有也會有很多不好的影響，比如會使得機構(gòu)因得不到足夠的動力而無法運動，對工作有很大的影響，也會對機構(gòu)本身產(chǎn)生許多不良的影響，比如會使它的使用時長減少，機構(gòu)容易損壞等。所以選取一個合適的電機是很有必要的。對于本次設(shè)計來說，機械手需要完成對物體的抓去工作，對主手旋轉(zhuǎn)角度的大小就要有一個準確的控制。因為本次設(shè)計的機構(gòu)是用來抓去一些比較小的物體，所以它的結(jié)構(gòu)需要做的簡潔一點。在觀看了大量的資料后，了解到能夠控制角度的電機有舵機，步進電機，伺服電機等。下文對它的的一些基本特征做了簡單的介紹。 4.1.1舵機的介紹 人們對舵機的研究比較早，在1960年就已經(jīng)開始了對它的研究，在那個時候各種技術(shù)都還不成熟，對它的分析也比較淺。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，一些理論和技術(shù)都有了很大的提高，人們開始深入的研究它的構(gòu)造及性能。最開始研發(fā)出來的結(jié)構(gòu)，負載力矩小，靈敏度低，精確度低，能夠完成的工作很少。隨著技術(shù)的不斷革新，它的各方面性能都有了很大程度的提高，構(gòu)造也不斷的完善。尤其是它的控制精度得到了很大的完善，很多飛行器上都用它來做驅(qū)動，國外的科學家們還把它用在一些軍事武器上。他主要由外殼、驅(qū)動馬達、減速器、電路板、與一些用來檢測的元件構(gòu)成。能夠精確的控制角度，對一些需要不斷變化角度并且能有效控制的機器來說可以起到很大的作用，能夠使他們的工作更穩(wěn)定、更高效的完成。 4.1.2步進電機的介紹 這種電機在20世紀中期得到了快速的發(fā)展，最開始是在美國的一個增量控制器械研討會上出現(xiàn)，描述了一種控制步距角細分的方式。在往后的幾十年里，這種方法被不斷的完善，在90年代就已經(jīng)非常成熟。在工業(yè)、機器人、航天等領(lǐng)域被廣泛使用，很多通訊設(shè)備、經(jīng)緯儀、雷達上都有應(yīng)用。之后更是被進一步完善，使得它的相數(shù)不再被步距角所限制，很大的提高了它的工作效率。這種電機能將一些電流信號輸出為位移，每收到一個信號就會做一個位移，使得它的定位精度非常高。 4.1.3伺服電機的介紹 1980年以來，各種電子技術(shù)飛速發(fā)展，伺服驅(qū)動控制也有了很大程度的進步。很多知名的電氣廠商紛紛上線自己的產(chǎn)品，在不斷的探索中得到了進一步的完善。它能夠?qū)㈦妷盒盘栞敵鰹檗D(zhuǎn)矩，能夠很精確的控制移動，在很多控制系統(tǒng)中都有使用，而且在沒有電壓的情況下不會發(fā)生自轉(zhuǎn)，我們使用的時候會很方便。 在分析比較后，結(jié)合設(shè)計要求選定步進電機作為驅(qū)動電機。 4.2傳動方案的選取 傳動機構(gòu)在器械中通過傳遞動力使器械進行運動，它也是器械中必不可少的一部分，它連接著整個器械的各個部分，能夠使器械的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，等發(fā)生變化滿足工作的要求。如果它的設(shè)計不合適就會對器械產(chǎn)生不好的影響，不僅使工作得不到完成，還會造成資源的浪費，所以對它的設(shè)計是很重要的。在設(shè)計時就需要我們對它進行詳細的分析，考慮各方面因素的影響。本文對它們的一些基本信息做了簡單的對比，具體內(nèi)容如表4-1所示。 表4-1 傳動方式的分類及特性 名稱 常見類型 特點 工作原理 主要用途 帶傳動 平帶傳動 結(jié)構(gòu)簡單，傳動時有著緩沖，吸震的作用，彈性較好，便于保護和修理，適合中心距較大的傳動，傳遞的功率較大 主動帶輪在電機的驅(qū)動下發(fā)生轉(zhuǎn)動，在摩擦力的帶動下使得從動帶輪進行轉(zhuǎn)動 主要用于一些中心距較大的傳動和一些需要較大功率的傳動 V帶傳動 圓帶傳動 多楔帶傳動 嚙合型帶傳動 （同步帶傳動） 鏈傳動 在傳動時不會發(fā)生彈性滑動，也不會出現(xiàn)打滑，使得傳動平穩(wěn)，效率高，軸上所受的壓力較小，傳動比較平均。整體尺寸較小，制作成本低，在一些高溫，潮濕的環(huán)境下也有很好的傳動效果。結(jié)構(gòu)緊湊，在一些遠距離傳動時較輕便 通過鏈條和鏈輪在運動時產(chǎn)生的摩擦力進行傳遞 主要用在低速，重載，軸與軸之間相距較遠，工作環(huán)境差的場合中 齒輪傳動 直齒圓柱齒輪傳動 所需的空間較小，使用時間較長，效率較高，傳動較穩(wěn)定，可以完成任意兩軸的傳動 兩個模數(shù)一樣的齒輪通過轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的摩擦力進行嚙合作用，已完成動力的傳動 主要用在各種器械的加工制造以及生產(chǎn)中，被用在很多行業(yè)中，應(yīng)用非常廣范 斜齒圓柱齒輪傳動 人字齒圓柱齒輪傳動 外嚙合齒輪傳動 內(nèi)嚙合齒輪傳動 齒輪齒條傳動 圓錐齒輪傳動 曲齒錐齒輪傳動 交錯軸斜齒輪傳動 蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 質(zhì)量小，效率高，能承受較大的載荷，體積小，結(jié)構(gòu)緊密，傳動穩(wěn)定 在摩擦力的作用下，蝸桿每轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)，就會帶動蝸輪轉(zhuǎn)動一個輪齒，來進行運動的傳遞 被使用在建筑，礦山，冶金，化工等很多行業(yè)中 圓弧圓柱蝸桿傳動 環(huán)面蝸桿傳動 錐蝸桿傳動 經(jīng)過分析比較并結(jié)合設(shè)計要求選定直齒圓柱齒輪傳動作為本次設(shè)計的傳動方式。 4.3牽引部的潤滑選擇 在器械的運動中，因為各部件之間的相互作用回使器械有一定程度的磨損，磨損程度較大的話就會對器械的工作造成不良的影響，使得器械不能正常工作，會使器械的使用壽命降低很多，所以，對一些部位進行潤滑是很有必要的。尤其是一些摩擦較大的地方，對構(gòu)件進行潤滑，可以有效的減少各個部件的摩擦，延長零件的使用時間，還能夠?qū)?gòu)件散熱降溫，對于器械的保護是一種很不錯的方法。由于液體本身的流動性，對器械還能起到緩沖，吸震的作用，使得器械在工作時能更加穩(wěn)定。使用固態(tài)的潤滑脂不僅能避免潤滑劑的外漏，還能阻隔一些外部雜質(zhì)的進入能夠很好的保護零件。常見的潤滑方式有油潤滑和脂潤滑，下文對它們的一些基本特性做了介紹。 4.3.1 潤滑油的簡介 潤滑油的種類有很多，不同的類型它們的特性也不相同。其中，制作礦物油的原材料很多，價格也比較低，能夠使用的范圍較廣，穩(wěn)定性也很好，所以它在一些器械中應(yīng)用的較多。動植物油中有著豐富的硬脂酸，對于一些需要邊界潤滑的器械來說是很有用處的，但它不夠穩(wěn)定，制作的材料也不多，使得它的使用較少?；ず铣捎褪墙?jīng)過一些化合而形成的，對一些特定的要求很有幫助，如高溫、重載、高速等條件。因為它主要用來針對一些特定的要求，使用范圍窄，成本高，故它的應(yīng)用也不是很多。近年來，為了保護生態(tài)環(huán)境，研發(fā)人員開發(fā)了一種綠色潤滑油，在一些重污染的行業(yè)中應(yīng)用較多，潤滑油的好壞主要由以下幾個方面決定: 1.潤滑行 2.氧化穩(wěn)定性 3.粘度 4.閃點 5.極壓性 6.凝點和傾點 油潤滑根據(jù)使用方式的不同分為很多中，這幾種潤滑方法的工作原理如下： 1.滴油潤滑：使用油杯向構(gòu)件中連續(xù)不斷的滴油進行潤滑。 2.油環(huán)潤滑：油環(huán)套在軸徑上，下部浸沒在油中，軸徑轉(zhuǎn)動的時侯會帶動油環(huán)轉(zhuǎn)動，將油帶到軸頸的表面進行潤滑。 3.浸油潤滑：將需要潤滑的構(gòu)件放在油池中，構(gòu)件運動時將潤滑油帶到其需要潤滑的部位。 4.飛濺潤滑;利用元件將潤滑油濺成油星構(gòu)件對進行潤滑。 5.壓力循環(huán)潤滑:使用油泵產(chǎn)生的壓力對裝置進行潤滑。 表4-2對常用的一些潤滑油做了簡單的介紹。 表4-2 常用潤滑油的分類及特性 名稱 代號 40 ℃的運動粘度/（ mm2/s） 傾點 ≤ ℃ 閃點（開口）≥℃ 主要用途 全損耗系統(tǒng)用油（GB443-1989） L-AN5 4.14-5.06 -5 80 主要被用在一些需要高速轉(zhuǎn)動的機構(gòu)，一些連接部位以及一些用來傳遞運動的部件 L-AN7 6.12-7.48 110 L-AN10 9.00-11.0 130 L-AN15 13.5-16.5 150 用于一些小型器械的轉(zhuǎn)動部位和連接部位 L-AN22 19.8-24.2 AN32 28.8-35.2 主要用于一些大功率器械的軸承和連接部位中 L-AN46 41.4-50.6 160 主要用在大型機床、大型刨床上 L-AN68 61.2-74.8 用于一些低速，重載的機床和一些鑄造設(shè)備中 L-AN100 90.0-110 180 L-AN150 135-165 工業(yè)閉式齒輪軸 （GB5093-2011） L-CKC32 28.8-35.2 -12 180 主要用于一些大型器械的傳動裝置的潤滑中 L-CKC46 41.4-50.6 L-CKC68 61.2-74.8 L-CKC100 90.0-110 200 L-CKC150 135-165 -9 L-CKC220 198-242 L-CKC320 288-352 L-CKC460 414-506 L-CKC680 612-748 -5 液壓軸 (GB 11118.1-2011） L-HL15 13.5-16.5 -12 140 主要用在一些壓力低的輪泵中以及需要防銹的構(gòu)件中 L-HL22 19.8-24.2 -9 165 L-HL32 28.8-35.2 -6 175 L-HL46 41.4-50.6 185 L-HL68 61.2-74.8 195 L-HL100 90.0-110 205 L- CKE/P 渦輪蝸桿油 （SH/T0094-1991） 220 198-242 -12 主要用在一些傳動時會發(fā)生震動的構(gòu)件自己一些需要承受較大載荷的零件中 320 288-352 460 414-506 680 612-748 1000 900-1100 4.3.2 潤滑脂的簡介 除了潤滑油這種物質(zhì)以外，另一種潤滑物質(zhì)是潤滑脂。他是由一些稠化劑（如鈉，鋰，鈣）和潤滑油混合而成。按照皂基的不同分為不同類型的潤滑脂，潤滑脂的好壞由它的滴點和稠度所決定，表4-3對一些常用的潤滑脂做了介單的介紹。 表4-3 潤滑脂的分類及特性 名稱 型號 滴點/℃（不低于） 工作錐入度（25℃，150g）/（1/10mm） 主要用途 鈣基潤滑脂 （GB/T 491-2008） L-XAAMHA1 80 310-340 主要用在一些有較好耐水性以及溫度低于60℃的各種運輸設(shè)備的潤滑 L-XAAMHA2 85 265-295 L-XAAMHA3 90 220-250 L-XAAMHA4 95 175-205 鈉基潤滑脂 （GB 492-1989） L-XACMGA2 160 265-295 用于一些不耐水的器械的軸承上 L-XACMGA3 220-250 通用鋰基潤滑脂 GB/T7324-2010 ZL-1 170 310-340 主要用在一些有耐水性和耐熱性的軸承上以及一些摩擦較大的構(gòu)件中 ZL-2 175 265-295 ZL-3 180 220-250 鈣基潤滑脂 SH/T0368-1992 ZGN-1 120 250-290 主要用在一些工作環(huán)境潮濕的器械的潤滑以及高溫環(huán)境下工作的器械的潤滑 ZGN-2 135 200-240 石墨鈣基潤滑脂 SH/T0369-1992 ZG-S 80 用于一些高壓，低速，重載的機器的潤滑 滾珠軸承脂 SH/T0386-1992 ZGN69-2 120 250-290（-40℃時為30） 用于一些電機和車輛的軸承上的潤滑 7407號齒輪潤滑脂 SH/T0469-1994 160 75-90 主要用在各種低速,重載的傳動機構(gòu)的潤滑以及一些聯(lián)軸器的潤滑，使用時溫度不能超過120℃ 高溫潤滑脂 SH/T0376-1992 4號 200 170-225 適用于在高溫環(huán)境下工作的各種滾動軸承的潤滑。也能用于一般滑動軸承和齒輪的潤滑。 經(jīng)過分析比較與設(shè)計要求相結(jié)合選定鈣基脂潤滑L-XAAMHA4對機構(gòu)進行潤滑。 4.4本章小結(jié) 本章對機械手的一些其他部分的設(shè)計進行了詳細介紹，在查閱了大量相關(guān)資料后，對一些常見的電機，傳動裝置以及牽引部的潤滑做了分析和對比。確定了電機的選型，傳動裝置的選型以及牽引部潤滑的方式。 第五章 機械手的強度驗證 機構(gòu)在運動時會受到各種外力的影響，對機構(gòu)本身產(chǎn)生一些破壞，如果破壞的程度較大的話他本身就會發(fā)生一些變形甚至直接斷裂。所以在設(shè)計完機構(gòu)的結(jié)構(gòu)后，需要對它的強度進行分析，保證設(shè)計的機構(gòu)能夠滿足正常的工作需求。受到外力時，由于它本身的材料所具有的性質(zhì)以及本身的構(gòu)造會有一些抵抗這些破壞的能力，但是這種能力是非常有限的，為了使得機器有足夠的能力承受它需要承受的載荷，能夠正常運行保證工作的進行，對它的一些主要構(gòu)件的強度進行了分析計算，具體的分析計算過程下文有完整的說明。 5.1主要零件的強度驗證 通過任務(wù)書已經(jīng)得到了機械手的部分數(shù)據(jù)，機器人的本體結(jié)構(gòu)的長和寬大約為500mm，它的高度大約為300mm?？紤]到本體的尺寸大小，初步將機械手從手的長度設(shè)置為385mm。根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計的機械手要能完成等于或大于0.5Kg的物體的搬運。初步將物體的重量設(shè)置為1Kg。圖5-1為機械手從手在受到軸向拉伸