靈巧手指結(jié)構(gòu)設(shè)計-仿生類含ProE三維及13張CAD圖
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1萬字以上+3A0圖紙量（說明書中選取電動和液壓驅(qū)動兩個做比較選擇最佳方案為主來做，圖紙的話做最佳方案的二維圖滿足圖紙量要求即可）
濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
課題名稱: 靈巧手指結(jié)構(gòu)ProE設(shè)計
課題類別： 工程工業(yè)設(shè)計
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
年 級： 2015級
指導(dǎo)教師： 范巖
學(xué)生姓名： 陳泓羽
年 月 日
一、課題條件：
1.熟練使用三維繪圖軟件。
2.認真調(diào)研靈巧手指的發(fā)展前景。
3.查閱各種有關(guān)的書籍。
4.熟悉靈巧手指的機械結(jié)構(gòu)。
二、畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容：
1、完成手指設(shè)計的方案選擇
2、設(shè)計貝爾格萊德手指PROE.
3、設(shè)計電動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案。
4、設(shè)計液壓關(guān)節(jié)架構(gòu)方案。
5、分析三種架構(gòu)設(shè)計方案優(yōu)點缺點。
6、書寫說明書。
三、計劃進度：
第1周 主要完成參考資料的查詢
第2周 主要完成外文翻譯資料的翻譯
第3-4周 完成設(shè)計方案的初步定稿，確定設(shè)計方案及系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)資料的準備。確定設(shè)計方案。
第5-7周 完成設(shè)計架構(gòu)及各組成模塊設(shè)計
第10周 系統(tǒng)功能的試驗、發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題，改進設(shè)計。
第11周 完成論文撰寫、答辯。
四、主要參考文獻：
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[6] 馬翔宇,楊武成,李阿為.仿生機械靈巧手的手指設(shè)計.重慶理工大學(xué)學(xué)報,2017,11.
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[15] 楊鋼,李寶仁等.氣動人工肌肉特性分析的新方法.液壓與氣動,2002.
指導(dǎo)教師 教研室主任
20 年 月 日 20 年 月 日
靈巧手指結(jié)構(gòu)Pro/E設(shè)計
摘 要
靈巧手是一款非常不一樣的末端執(zhí)行裝置，文中介紹目前國內(nèi)和國外對它的研究狀況，另外還分析其發(fā)展現(xiàn)狀，以及將來的發(fā)展前景進行介紹。此中說過，它的外形有點像人類的手部，收集一些人手的數(shù)據(jù)，機械設(shè)計之時，改善人手的數(shù)據(jù)，設(shè)計出和人類手指相差不大的機械手指，并且還分析它的自由度，求算相關(guān)數(shù)據(jù)，對于機械手指活動范圍沒有多大影響時，盡量少一些自由度，對于設(shè)計而言，有很多益處。此后，分析在系統(tǒng)回路中使用不一樣的驅(qū)動狀況，針對不一樣的傳動系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢，缺點分析。
論文起先分析靈巧機械手的結(jié)構(gòu)，工作原理，之后給出設(shè)計方案，設(shè)計電動機的架構(gòu)，此后計算出機械手的主要數(shù)據(jù)，予以選用，緊接著設(shè)計主要零部件，并且對其校核，最后以軟件CAD將機械手的裝配圖，主要零件圖畫出，以軟件Pro/E將立體模型建出。
關(guān)鍵字：靈巧手；末端執(zhí)行；手部；自由度；電動機
Abstract
Smart Hand is a very different end-effector. This paper introduces the research status of Smart Hand both at home and abroad. In addition, it also analyses its development status and future development prospects.In this article, it is somewhat like the shape of human hands. It collects some data of human hands. When designing a machine, it improves the data of human hands, designs a mechanical finger which is not much different from human fingers, and also analyses its degree of freedom to calculate the relevant data. When the range of motion of the mechanical finger is not greatly affected, there are as few degrees of freedom as possible. For the design, there are many.Benefit.Thereafter, the different driving conditions used in the system circuit are analyzed, and the advantages and disadvantages of different transmission systems are analyzed.
First, the paper analyses the structure and working principle of the smart manipulator, then gives the design scheme, designs the structure of electric motor, then calculates the main data of the manipulator, selects them, designs the main parts and checks them, finally draws the assembly drawing and main parts drawing of the manipulator by software CAD, builds the stereo model by software Pro/E.
Key words: Smart hand; End execution; Hand; Degree of freedom; Motor
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒 論 1
1.1研究背景及意義 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)況 1
第2章 總體方案設(shè)計 3
2.1設(shè)計要求 3
2.2靈巧手功能分析 3
2.2.1仿人手分析 3
2.2.2自由度分析 3
2.3各類架構(gòu)方案分析 3
2.3.1液壓關(guān)節(jié)架構(gòu)方案 3
2.3.2氣動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案 6
2.3.3電動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案 6
2.3.4驅(qū)動方案的選擇 8
第3章 設(shè)計計算 10
3.1 電動機的選擇 10
3.1.1根據(jù)脈沖當量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機型號 10
3.1.2啟動矩頻特性校核 11
3.2絲桿螺母副的選型與校核 12
3.2.1型號選擇 12
3.2.2校核計算 13
3.3齒輪傳動的設(shè)計 13
3.3.1齒輪尺寸計算 13
3.3.2 輪齒強度計算 14
3.4其他參數(shù)設(shè)計 15
第4章基于Pro/E的三維設(shè)計 17
4.1 Pro/E三維設(shè)計軟件簡介 17
4.2三維設(shè)計 17
4.2.1絲杠設(shè)計 17
4.2.2齒輪 17
4.2.3推桿、推桿筒體 18
4.2.4支座 18
4.2.5手指指節(jié)、指頭 19
4.2.6手掌前蓋、后蓋 19
4.2.7三維裝配 19
總 結(jié) 20
參考文獻 21
致 謝 22
III
靈巧手指結(jié)構(gòu)Pro/E設(shè)計
第1章 緒 論
1.1研究背景及意義
近些年，高新科技密集程度較高的一款機電一體化產(chǎn)品就是機器人。如今，科研人員重點研究多指靈巧手的抓取，把持，協(xié)調(diào)、控制位置。機械手對人手動作模仿，能夠傳送物料，裝卸零件，更換刀具，另外還能實現(xiàn)裝配機械，這些工作全部都是自動開展，使用機械手以后，有效將加工效率提升，折算到每一個產(chǎn)品上的成本投入減少不少。即使是一些環(huán)境非常惡劣的地方，比如溫度很高或者很低，壓力很高或者很低，有發(fā)射性物質(zhì)，或者有毒的環(huán)境，機器人都能夠正常開展工作，不必考慮安全性，對于人類而言，工作環(huán)境得以改善。有一些重復(fù)性的工作，尤其是非常繁重的一些工作，機械手模仿人手去開展工作，能夠?qū)⑷祟悘姆敝氐膭趧又薪饷摮鰜恚苊馓^繁重的重復(fù)工作中發(fā)生安全事故，避免不必要的人員傷亡。所以，會在一些綜合生產(chǎn)線上設(shè)置機械手，盡量少聘用人工，運用機械手以后，能夠更好把控加工節(jié)奏，結(jié)合此前展述，使用模仿人手的機械手開展生產(chǎn)，是將來機械工業(yè)的趨勢所在。
靈巧手不斷向前發(fā)展，科研人員，加工單位對它越來越重視，很多行業(yè)中都開始運用靈巧手。不斷發(fā)展的技術(shù)，不斷完善的理論基礎(chǔ)，在很多行業(yè)中都可以看到靈巧手的身影，并且一直在對其探索，研發(fā)，自有靈巧手誕生開始，對它的研發(fā)從來沒有停止過，不光有技術(shù)層面的，還有理論中的。全球經(jīng)濟一體化程度越來越高，對于各行各業(yè)而言，都是機遇和挑戰(zhàn)共存，靈巧手而言，也是發(fā)展的關(guān)鍵關(guān)頭，因為很多工作都可以運用靈巧手去完全，完全取代人類。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)況
執(zhí)行工作時，機器人就好比人類的手一樣，需要和周邊的環(huán)境有接觸，最開始發(fā)展機器人的時候，用在機械加工行業(yè)，早期的機器人主要幫助上料，下料，工作內(nèi)容非常單一，且夾持器的手指只有兩個，技術(shù)一直向前發(fā)展，工業(yè)機器人開始在很多行業(yè)運用，幾百種類別的機械手被研發(fā)出，都被叫做末端執(zhí)行器，各式各樣的工作都可以機械手來操作，從加工輪胎，玻璃，到機械零配件都可運用機械手，雖然如此，對于機器人的使用來說，末端機械手是一種受到約束的存在。所以，研發(fā)更多使用途徑的靈巧手的需求應(yīng)運而生。
眼下在一些發(fā)達國家，已經(jīng)研發(fā)出模范人類的機械手，具有視覺還有觸覺。他們正在加快速度，研發(fā)第二代模仿人類的機械手，將很多的傳感器安裝在機械手上，還配備微型電子計算機控制系統(tǒng)，讓機械手能夠?qū)χ苓叚h(huán)境感知，將感受到的信息傳送到信息控制系統(tǒng)，讓機械手和人類一樣能夠有感知能力。
此后，第三代仿照人類的機械手也在發(fā)達國家誕生，在進行工作的時候，能夠獨立完成任務(wù)。一直能夠持續(xù)和電子計算機，顯示屏聯(lián)系，慢慢的發(fā)展出柔性系統(tǒng)以及柔性加工單元，機械手用來搬運的，能夠很快，很精準的完成工作，對于機械手需要它具備承受能力，有足夠的工作空間，并且反應(yīng)非?？欤确浅８?，不管在什么地點都能夠?qū)崿F(xiàn)自動定位。對氣動機械手設(shè)計之時，務(wù)必要滿足：對工作對象所處環(huán)境進行分析，知道工作的結(jié)構(gòu)，外形以及所用原料的特征，定位時精度有多高要求，實現(xiàn)抓取以及搬運之時，作用力的特征，規(guī)格還有質(zhì)量數(shù)據(jù)等，繼而能夠有效控制機械手，并且對它的結(jié)構(gòu)進行確定，最好選用的零配件都是標準件，設(shè)計過程不能太過復(fù)雜，不光具有通用性，還具有專用型，繼而最終能夠?qū)嵤┚幊炭刂疲疫M行柔性轉(zhuǎn)換。
歐洲一直處在靈巧手研究的前沿，帶著別的國家對此技術(shù)開展研究，歐洲眾多的國家里面，技術(shù)處于領(lǐng)導(dǎo)地位的是英國，德國還有意大利，除了歐洲國家，美國也是很早便開始研究靈巧手。機械手為多指型式，多用在人體上做假肢，上世紀70年代開始研發(fā)靈巧手，將近有十年的時間里面，靈巧手的發(fā)展極其之快，導(dǎo)致加工的靈巧手是多指的，涵蓋美國人研發(fā)的Utah/MIT手，和人手非常的相像，人手能夠?qū)崿F(xiàn)的動作，靈巧手均可完成。世界上最為先進的靈巧手有意大利的DIST手，德國的DLR手，這些機械手智能水準很高，集成化程度很高，是一個典型的產(chǎn)品。
中國境內(nèi)，只有北京航空大學(xué)針對靈巧手開展研究，中國此方面空白被調(diào)補，此后哈工大研發(fā)靈巧手，擁有四根手指，另外每一個手指上有四個關(guān)節(jié)，一個手的自由度有12個，此款靈巧手和人手非常相像，另外安裝較多感知系統(tǒng)在末端。
第2章 總體方案設(shè)計
2.1設(shè)計要求
對靈巧手所用不一樣的驅(qū)動方式對比，有電機式，液壓式還有氣壓式，分析之后，以三維軟件Pro/E建立靈巧手的模型。
2.2靈巧手功能分析
2.2.1仿人手分析
靈巧手比照人手設(shè)計，模仿人體手指的肌肉，神經(jīng)還有手骨等，能夠?qū)崿F(xiàn)機械手的自由度，滿足其對驅(qū)動所需。
人手有五個手指，其中四個手指指節(jié)有四個，關(guān)節(jié)有三個，但是大拇指的關(guān)節(jié)兩個。
關(guān)節(jié)的自由度時一個，能夠圍繞軸實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，會有肌腱存在于指骨之上，因為肌腱的連接帶動每一個指骨，人手能夠進行抓取，握緊等動作，指骨每一個關(guān)節(jié)都會進行動作，最特別的是大拇指，它的關(guān)節(jié)式雙軸鞍，如此大拇指能夠彎曲、轉(zhuǎn)動，手若想實現(xiàn)各款動作此關(guān)節(jié)非常重要，別的四個手指在雙軸鞍狀關(guān)節(jié)的連接下，和手掌聯(lián)系在一起，不過此時的擺動僅為小幅度的，故此若想設(shè)計便利，此處的關(guān)節(jié)被看做單軸。設(shè)計之時，著重在意大拇指關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，別的四個手指，他們所進行的動作是為單軸轉(zhuǎn)動，很簡單。
2.2.2自由度分析
普通人生活當中，人手所起作用非常大，手指很靈活，可開展較多精細程度的工作，因為需要很高的自由度，對于手指而言，它的自由度直接關(guān)系到手指能否靈巧操作。
設(shè)計拇指時，和別的手指一樣自由度有四個，一個橢球關(guān)節(jié)為雙自由，還有兩個樞紐關(guān)節(jié)有兩個單自由度，如此整個機械手能實現(xiàn)的自由度有20個，在機械手腕之上存在三個自由度，整個手的自由度有24個。只是機械手腕和手掌最底部所開展的運動是相對的，所以設(shè)計時注意難度高低，另外實際操作中是否有必要，此處不需注意手腕自由度，圖中有模擬展示。
2.3各類架構(gòu)方案分析
2.3.1液壓關(guān)節(jié)架構(gòu)方案
（1）手掌、手背設(shè)計
設(shè)計手掌、手背時，秉持著方便的要求后，在比照人手的規(guī)格、數(shù)據(jù)開展，方便后期固定手指節(jié)，安設(shè)一個固定孔在手背之上。
圖2.1 手指連接處 圖2.2 手掌、手背
（2）遠指節(jié)、中指節(jié)的設(shè)計
一個手共有手指五個，只有大拇指的指節(jié)為三個，別的四個手指里面，中遠節(jié)指骨和中節(jié)指骨相連的關(guān)節(jié)，靈活性不好。為了設(shè)計流程盡量簡單，此處遠指節(jié)以及中指節(jié)當做一個整體，兩個中間會有一個角度出現(xiàn)，人手較為自然的狀況下，自然垂落的手指在30°，此時設(shè)計角度在150°，但是大拇指的關(guān)節(jié)為兩個，此處設(shè)計拇指的遠指節(jié)規(guī)格，只要對一個設(shè)計就好，下圖中展現(xiàn)。
圖2.3 普通手指 圖2.4 大拇指
（3）近指節(jié)的設(shè)計
此處若想簡單的設(shè)計，四個手指當中還有兩個關(guān)節(jié)剩下，驅(qū)動以一個液壓缸開展，以液壓缸往回收縮去設(shè)計手指關(guān)節(jié)，以固定點為中心，遠指圍繞它進行轉(zhuǎn)動，抵達極限地點之后，中指還有遠指關(guān)節(jié)接著會被拉扯。
圖2.5 近指節(jié) 圖2.6 近指節(jié)連接
圖中展現(xiàn)液壓缸和近指節(jié)相連接的地方，圖中黃色部分就是，此處因為液壓缸的收縮作用，會有力作用于近指節(jié)之上，跟著近指節(jié)的轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)改變，圖中展現(xiàn)黃色連接的地方，其之組成有三部分。但是手背連接中指節(jié)以及遠指節(jié)，是以灰色連桿來實現(xiàn)，如此中指節(jié)以及遠指節(jié)能夠以手背上固定孔為中心，跟著近指節(jié)實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。
圖2.7 液壓缸和近指節(jié)連接 2.8 手背連接中指節(jié)
此上是為玩去處，因為黃色連接的分力方向由改變，伸直部分會導(dǎo)致指節(jié)無法伸直，加裝一個能夠回復(fù)的彈簧在近節(jié)指骨以及中節(jié)、遠節(jié)指骨連接的地方，這樣伸直手指能夠便利的多。
圖2.9 復(fù)位彈簧
（4）液壓缸的設(shè)計
比照人手的掌部骨頭，在手掌骨的地方安排液壓缸，設(shè)計手掌以及手背為空心的，并且需要在手掌連接手背的地方，設(shè)計一個孔，方便輸入液壓缸的液體。
圖2.10 油缸布置 圖2.11 液壓管通道
2.3.2氣動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案
（1）設(shè)計靈感來源
手指基本實現(xiàn)的動作是抓取，一定要玩去手指，此處彎曲后角度最大在90°，借鑒手風(fēng)琴的關(guān)節(jié)，將機械手設(shè)計為和手風(fēng)琴差不多的形狀。固定好下端，上端能夠加大，如此一來，機械手指能夠彎曲90°。
（2）手指、手掌的設(shè)計
設(shè)計手指關(guān)節(jié)的形狀就好像手風(fēng)琴的風(fēng)箱，上側(cè)能夠充氣膨脹，下端的他限制會被限制，如此方可彎曲手指。設(shè)計手指關(guān)節(jié)為中空，將氣體管安排在內(nèi)部，設(shè)計手掌還有近指節(jié)連接的地方和他一樣。設(shè)計手掌還有手背的時候，依舊借鑒設(shè)計液壓之處，需要安排一個孔在其上，便于連接氣動裝置。
圖2.12氣缸 圖2.13 氣缸管通道
2.3.3電動關(guān)節(jié)架構(gòu)方案
（1）設(shè)計靈感來源
解刨學(xué)的有關(guān)專業(yè)知識，可知手掌面主要有屈指肌腱和腱滑液鞘、手機以及它們的血管、神經(jīng)。唯有肌腱收縮，才能夠讓手指進行彎曲還有伸直。所以需要將電機驅(qū)動蝸輪，蝸桿傳動部分展開設(shè)計，他們要結(jié)合肌腱開展。會有軸關(guān)節(jié)連接處在每一個指關(guān)節(jié)那里，確保電機輸出之力夠大，此處電機當用直流無刷式。
（2）手掌的設(shè)計
因為人手上拇指的近指節(jié)連接掌骨的時候，存在的自由度有兩個，可彎曲，可轉(zhuǎn)動，別的四個手指會對動作有一定影響，另外若想設(shè)計便利，故此四指近指節(jié)連接掌骨之時，自由度只有一個，此處手掌上拇指，對一個軸固定進行設(shè)計，此處連接以齒輪實施，如此拇指便可實現(xiàn)橫向移動。
圖2.14 拇指固定孔 圖2.15 拇指
（3）手指的設(shè)計
一共有五個手指，其中四個手指中皆與液壓的一致，改變的是驅(qū)動，此處齒輪以電機帶動，傳送到蝸輪蝸桿上，使蝸桿伸縮實現(xiàn)與液壓缸一樣的效果。
圖2.16 普通手指布置 圖2.17 蝸桿布置1
此處的蝸桿不同于液壓缸，需要固定一個電機，需要對固定架進行設(shè)計，讓蝸桿、電機一起固定，于手背之上固定固定架。
圖2.18 蝸桿布置2 圖2.19 蝸桿固定架
2.3.4驅(qū)動方案的選擇
遵照動力源的不一樣，劃分機械手的驅(qū)動有：液壓，氣動以及電動。組合此三種成為不一樣的驅(qū)動系統(tǒng)，他們的特征為：
（1）液壓驅(qū)動
因為液壓技術(shù)已經(jīng)相對成熟，其之動力很大，有較大力還有慣量比，回應(yīng)速度非?？?，能開展直接驅(qū)動等，在一些較大承受能力，較大慣量，還有易燃易爆的環(huán)境中能夠工作。只是，液壓系統(tǒng)務(wù)必要轉(zhuǎn)換能量，轉(zhuǎn)換電能為氣壓能，很多時候以節(jié)流來實現(xiàn)速度的調(diào)整，和電動驅(qū)動系統(tǒng)相比，效率要差的多，會有液體從液壓系統(tǒng)中漏出，破壞環(huán)境，工作中會有較大噪聲出現(xiàn)。
（2）氣動驅(qū)動
速度非常快，系統(tǒng)的構(gòu)造不復(fù)雜，修理很便利，價位也不高等。在一些負荷不大的機器人中可使用，因為無法開展伺服控制，基本上所用的機器人都以程序進行控制，舉例來說在上料，下料以及沖壓機器人使用甚多。
（3）電動驅(qū)動
因為交流、直流伺服電機的慣量不大，轉(zhuǎn)矩很大，和其匹配的伺服驅(qū)動器所用甚多，機器人中大范圍使用此類驅(qū)動系統(tǒng)，它能夠轉(zhuǎn)換能量，用起來便利，工作中不會有太大噪聲，開展靈活的控制。很多電機安裝好之后，還需安裝非常精密的傳動部分。在一些防爆環(huán)境當中不能直接使用直流有刷電機，投入資金來看，和別的驅(qū)動而比，投入資金更多。鑒于此款驅(qū)動系統(tǒng)有非常優(yōu)越的優(yōu)勢，所以很多用于機器人之中。
表2.1 各種控制方式的比較
項目
氣壓傳動
液壓傳動
電氣傳動
機械傳動
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
簡單
復(fù)雜
復(fù)雜
較復(fù)雜
安裝自由度
大
大
中
小
輸出力
稍大
大
小
不太大
定位精度
一般
一般
很高
高
動作速度
大
稍大
大
小
響應(yīng)速度
慢
快
快
中
清潔度
清潔
可能污染
清潔
較清潔
維護
簡單
比液動復(fù)雜
需要專門技術(shù)
簡單
價格
一般
稍高
高
一般
技術(shù)要求
較低
較高
最高
較低
控制自由度
大
大
中
小
危險性
幾乎沒問題
注意火
一般無問題
無特殊問題
液壓驅(qū)動最大的好處：可對很大力傳送，除了這些傳送之力非常穩(wěn)定，可傳送較遠距離，只是傳送之時速度不快，缺陷就在于，使用的是工作液油，多少會有泄露出現(xiàn)，如此對環(huán)境而言多少會有影響，并且還會讓油管出現(xiàn)膨脹泄露的狀況，只要油管密封效果變差，導(dǎo)致虧損壓力，出現(xiàn)不精準的傳動比。
溫度即是非常高，相比較液壓以及電動驅(qū)動，氣動依舊能夠開展工作。
只是壓縮空氣有很多的不確定性，必然會干涉速度。氣缸運動速度很慢，導(dǎo)致出現(xiàn)較差的速度穩(wěn)定性，速度較慢的話，多少會受到摩擦力的干擾。另外相比較液壓驅(qū)動，氣缸輸出力要小很多，并且工作中噪聲非常大。
電機驅(qū)動的優(yōu)勢，因為有很高精準性，動力是為典禮，齒輪被帶著轉(zhuǎn)動，繼而可傳送力，也可改變力的方向。另外，還可對電力節(jié)省，如今電力的獲得渠道較多，所以使用頻率較高，在使用電的流程中，不會有太大耗損。另外電機驅(qū)動的控制非常緊密，能夠很快達到所需要的地點，如此可以讓執(zhí)行零件實現(xiàn)開啟以及停止，并且所停位置就是需要的地點。運用電能還有很多別的好處，污染不大，冷卻液也可不用，噪聲小等。
據(jù)此前進行的展述，文中的方案當為電動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)。
第3章 設(shè)計計算
3.1 電動機的選擇
靈巧手仿照人手開展工作，作為它的驅(qū)動，不光要需要電機驅(qū)動擁有較高的可靠性，有很快的速度調(diào)整區(qū)間，還擁有轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比，因為電源功率會干擾到電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特征，需要驅(qū)動有較寬的的高效率區(qū)舊J。歷年來舉辦很多屆機器人大賽，這些機器人所運用的電機類別有三款：步進電機，直流電機，直流伺服電機。對矩形波信號接收的電機為步進型，可對轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動速度進行傳送，精準度很高，缺陷在于功率較??；電機為直流型，它的響應(yīng)速度非常快，啟動轉(zhuǎn)矩很大，轉(zhuǎn)動速度從0到額定轉(zhuǎn)速，能夠給予額定轉(zhuǎn)矩，則電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場須恒維持90°，需要電機轉(zhuǎn)動之時，碳刷還有整流子會有火花出現(xiàn)，碳粉的存在，會讓組件出現(xiàn)損傷，還會限制運用的場地；伺服電機有大有小，能夠?qū)Σㄐ坞娦盘栠M行傳送，有很大的轉(zhuǎn)動誤差，需要對校正回路加裝，能夠?qū)φ`差補正。結(jié)合此前展述，步進電機的控制有難度，慣性很大的是直流電機，這些缺陷唯有舵機能夠克服掉，當運用舵機。
其實舵機也是一款位置伺服驅(qū)動器，角度需要不停改變的較為合適，另外還能夠維持控制系統(tǒng)。舵機為一款較為典型的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，和別的電機箱體，型號選用之時還需注意力矩以及工作時的電壓等，結(jié)合此前展述，市面上所銷售的舵機基本合乎所求，遵照舵機的價位以及品質(zhì)，最終當為Futaba$3003型，
如下流程對電機選用：
3.1.1根據(jù)脈沖當量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機型號
(1)步距角
對電機型號選用，手冊當中找尋一番，可有步距角,在于
再三思率之后，當用，合乎此關(guān)系式。
(2)距頻特性
步進電機靜轉(zhuǎn)矩的最大值，就是說電機的定位轉(zhuǎn)矩，它的名義啟動轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩之間的聯(lián)系為：
Mmq=
電機啟動并未有其他外在的工作載荷，就是步進電機空載啟動。如下關(guān)系式能夠求算出電機需要多大的空載啟動力矩：
起先對電機型號選用之時，理當合乎步進電機所需要的空載啟動力矩要比步進電機名義啟動轉(zhuǎn)矩還要小：
MkqMmq=λMjmax
將Mkq每一項力矩算出：
①加速力矩
②空載摩擦力矩
③附加摩擦力矩
3.1.2啟動矩頻特性校核
步進電機的工況有三：開啟，快速進給還有工進運行。
此前所給出，針對剛對電機選用之后，查驗電機最大靜轉(zhuǎn)矩是否匹配所需，并不可確保啟動電機之時會有丟步狀況出現(xiàn)，所以還需校核啟動矩頻特性。
啟動之時，步進電機存在突跳啟動、升速啟動。
突跳啟動會出現(xiàn)較大加速力矩，開啟之時，必然會有丟步出現(xiàn)，所以使用的并不多。在升速啟動之時，如果很長的時間進行升速，啟動流程非常緩慢，加速力矩處于空載啟動力矩當中相對較小，屆時丟步的狀況亦不會出現(xiàn)。
3.2絲桿螺母副的選型與校核
加工絲杠的單位較為專業(yè)，故此，設(shè)計務(wù)必自己開展，唯有依據(jù)運用時實際狀況來對結(jié)構(gòu)進行選用，此后依據(jù)載荷，轉(zhuǎn)動速度對型號予以選用，之后對生產(chǎn)廠家購買。此中設(shè)計之時，絲杠會選用三次，作為設(shè)計者，此次選用的絲杠是用在最為關(guān)鍵的主軸傳動之中，需要對其設(shè)計、校核。其之流程：
第一步，需要詳細說明某些數(shù)據(jù)：
軸向變載荷，此中i---第i個工作載荷，i=1、2、3…n ；
匹配第i個載荷轉(zhuǎn)動之時速(r/min);
匹配第i個載荷應(yīng)征的時間 (h) ;
絲杠移動之時，最快的時速(mm/min);
預(yù)估絲桿能夠工作時長。
3.2.1型號選擇
（1）求算絲杠副的關(guān)鍵數(shù)據(jù)
①遵照運用時工作要求，屆時載荷系數(shù)=1.0系數(shù)=1.5；
②當量轉(zhuǎn)速
③當量載荷
④暫且給定導(dǎo)程
=4mm
⑤預(yù)估絲桿工作中，轉(zhuǎn)動的時速
⑥絲桿需要多大的額定載荷
（2）絲杠所用型號
遵照所用以及求算，導(dǎo)程當為4mm，相比較的絲桿，額定載荷大一些。絲杠使用CDM2004-2.5型。絲杠當為外循環(huán)雙管式，預(yù)緊以雙螺母墊片實現(xiàn)。
3.2.2校核計算
（1）校核臨界轉(zhuǎn)動時速
校核之后，與設(shè)計較為匹配。
（2）因為要豎直擺放絲桿，作用力并不大，溫度的改變也不大，此處務(wù)需校核它的穩(wěn)定性，溫度變形等。
（3）絲杠的預(yù)緊
預(yù)緊力通常是1/3的當量載荷，也可以是1/10的額定動載荷，表達為：
與之匹配的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩
3.3齒輪傳動的設(shè)計
3.3.1齒輪尺寸計算
傳動使用斜齒輪，能夠較為平穩(wěn)，當為=14 =19
1）修正中心距
對齒輪、求算之后，選擇整數(shù)，這樣中心距會有改變，遵照選定的，再一次對中心距A予以求算，以此來分配齒輪齒數(shù)。
修正中心距：
（3.3）
屆時算出中心距A=15mm
2）修正對螺旋角
修正螺旋角：
（3.4）
屆時算出
表3.1中羅列齒輪數(shù)據(jù)。
表3.1齒輪基本參數(shù)
序號
計算項目
計算公式
1
齒數(shù)
2
分度圓直徑/mm
3
齒頂高/mm
4
齒寬/mm
3.3.2 輪齒強度計算
（1）求算齒輪的彎曲強度
斜齒輪彎曲應(yīng)力:
（3.5）
在此當中 ——所算出載荷（N·mm）；
——斜齒輪螺旋角；
應(yīng)力集中系數(shù)，大概為=1.50；
——重合度影響系數(shù)，=2.0。
齒輪1，觀察查齒形系數(shù)，屆時有y=0.132放入其中=342.25Mpa；
齒輪2，觀察查齒形系數(shù)圖紙y=0.158，放入其中=121.52Mpa；
轉(zhuǎn)矩是為最大值，求算出載荷，許用應(yīng)力介于180~350Mpa，全部的斜齒輪合乎＜[]，彎曲強度于設(shè)計所需完全匹配。
（2）輪齒接觸應(yīng)力
（3.6）
當次之內(nèi) ——輪齒的接觸應(yīng)力,Mpa；
F——存在于齒面之上法向力,N；
——圓周力（N），；
——求算而出的載荷,N·mm；
E——齒輪材料的彈性模量，合金鋼：E=2.1Mpa；
b——齒輪接觸時真實的寬,mm；
、——主、從動齒輪節(jié)點處的曲率半徑（mm），直齒輪，斜齒輪；、是為主動齒輪以及從動齒輪之節(jié)圓半徑（mm）。
此前所有數(shù)據(jù)放入關(guān)系式（3.6），并將作用在載荷/2所承受的載荷當做算是之中的載荷，屆時得有：
全部的齒輪能夠匹配關(guān)系式＜[]，接觸強度達到設(shè)計標準。
3.4其他參數(shù)設(shè)計
加上平常機械手操作，能夠簡單手指的運動，以軸為中心，手指每一個環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)動90°，此處不需要在意在橫向上手指的張開。若想驅(qū)動力矩不會受到手指的影響，務(wù)必要讓結(jié)構(gòu)規(guī)格靠近手指，換句話說比例在1:1。加上人手的手指，可有：遠節(jié)指骨中食指、中指、無名指的規(guī)格大概在25mm，小指規(guī)格大概是20mm而大拇指規(guī)格大概是30mm；中節(jié)指骨中前三指規(guī)格大概是30mm，小指規(guī)格15mm，但是大拇指上并未存在中節(jié)指骨；在遠節(jié)指骨當中的前三指規(guī)格大概是25mm，小指規(guī)格20mm但是大拇指規(guī)格30mm；近節(jié)指骨中食指、無名指大概30mm，中指在33mm，小指20mm而大拇指30mm。此處食指無名指、食指大概相同。各指骨的直徑為18mm但是指節(jié)轉(zhuǎn)動起來，最大的角度在90°。
第4章基于Pro/E的三維設(shè)計
4.1 Pro/E三維設(shè)計軟件簡介
Pro/Engineer三維軟件是美國PTC公司研發(fā)的，這個軟件最有名的就是參數(shù)化，是所有軟件當中最早使用參數(shù)化的，如今的三維軟件中依舊處于主導(dǎo)地位。如今的機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域之中，Pro/Engineer軟件是業(yè)內(nèi)公認的三維軟件，并且也是主推的一款CAD/CAM/CAE軟件，尤其是在中國的設(shè)計行業(yè)中，處于主導(dǎo)地位。
Pro/E軟件第一次將參數(shù)化設(shè)計概念提出來，對于特征方面的問題，只需要單一數(shù)據(jù)庫即可解決。此軟件之中，運用模塊方式，能夠?qū)⒉輬D畫出，還可加工零件，針對裝配進行設(shè)計，針對鈑金進行設(shè)計等。使用者能夠依據(jù)自身的實際需求，在軟件中選用。主要的功能有：
（1）特征驅(qū)動（舉例而言：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）；
（2） 參數(shù)化（其實參數(shù)就是規(guī)格，圖紙當中的特征，承擔的符合還有邊界條件等）；
（3）設(shè)計當從零部件的特征數(shù)據(jù)，載荷以及邊界條件同特征數(shù)據(jù)的聯(lián)系開展；
（4）可針對一些較大規(guī)模的零件，非常復(fù)雜的組合零件展開設(shè)計。
（5）任何一個應(yīng)用的完全相關(guān)性都貫穿其中。
4.2三維設(shè)計
4.2.1絲杠設(shè)計
下圖中展現(xiàn)絲杠：其用于將電機的選中運動轉(zhuǎn)換為直線運動實現(xiàn)手指的張合，工作過程中與電機、絲杠螺母連接配合使用。
圖4-1絲杠
4.2.2齒輪
圖中設(shè)計為每一個齒輪：
圖4-2齒輪
4.2.3推桿、推桿筒體
下圖中展現(xiàn)設(shè)計的推桿還有推桿筒體：
圖4-3推桿、推桿筒體
4.2.4支座
圖中為支座：
圖4-4 支座
4.2.5手指指節(jié)、指頭
圖中是為機械手指的指節(jié)以及指頭：
圖4-5 手指指節(jié)、指頭
4.2.6手掌前蓋、后蓋
圖中為機械手掌前蓋以及后蓋：
圖4-6 手掌前蓋、后蓋
4.2.7三維裝配
圖4-7 三維裝配
總 結(jié)
靈巧手是為一款較為特別的末端執(zhí)行器，文中首先介紹靈巧手在國內(nèi)還有國外的研究，另外還闡述中國市場中，靈巧手的一些前景，另外在介紹靈巧手外形之時，期望它能夠更大程度的模仿人手，依據(jù)所得到的一些人手資料，從機械設(shè)計這個角度，妥善改良這些數(shù)據(jù)，給出既能夠匹配機械設(shè)計，又較為合適人手的數(shù)據(jù)。此后分析機械手指的自由度，并且展開求算，只要不干涉機械手指的活動正常開展，需要減少一些自由度，唯有如此方可促進設(shè)計，此后，以不一樣的驅(qū)動探討系統(tǒng)的回路，之后分析每一種傳動系統(tǒng)的好處，不好之處。
畢業(yè)論文是大學(xué)完成的最后一次課后作業(yè)，這次作業(yè)的難度也是最大的，涉及的知識面也是最廣的，為完成此次設(shè)計查閱大量的相關(guān)資料，從圖書館，報刊雜志，網(wǎng)絡(luò)上到處搜尋有關(guān)材料，可以說查找資料的水平現(xiàn)在提升不少，在寫論文的過程中，遇到不少難題，在遇到困難時沒有退縮，勇往直前，對于我來說也是一次鍛煉意志力的機會。
其實這也正是讓學(xué)生們進行畢業(yè)設(shè)計的核心所在，雖然說技能的提高是少部分的，但是增強的確是對全局的把控能力，畢業(yè)論文結(jié)束之后，從設(shè)計者角度來說，積累寶貴的時間經(jīng)驗，理論知識停留在書本，永遠只能紙上談兵，放入到實踐中去，生產(chǎn)中去，才是真正的武器，才能夠體現(xiàn)它的價值。
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致 謝
大學(xué)四年的時間，不算長也不算短，青春年華都在這里度過，雖然分別在即，但是依舊無法忘懷。這次畢業(yè)論文，也可以看做是大學(xué)的學(xué)習(xí)中最后一次作業(yè)，希望能夠圓滿完成。雖然說經(jīng)過四年的專業(yè)學(xué)習(xí)，但是對于專業(yè)領(lǐng)域的汪洋大海而言，我所學(xué)到的知識，只能算是大海中的一片小樹葉，微不足道，完成此次設(shè)計，將我所有學(xué)到的專業(yè)知識全部掏空，結(jié)合實際需要，最終將其完成。論文書寫的這段時間，也遇到了不少的麻煩，不少的難題，另外論文中思慮可能并不是那么完善，終歸還存在一些缺陷，所幸的是，在指導(dǎo)老師的幫助下，最終將問題改善，完成最終的論文。
在這里非常要感謝指導(dǎo)我論文的老師，因為書寫畢業(yè)論文的我，專業(yè)不夠硬，實踐經(jīng)驗又不夠多，所以很多時候都需要請教老師，不知道如何開展設(shè)計，但是老師的工作相當繁忙，不光要指導(dǎo)我們的論文，還有很多的工作要去做，這些都是我們沒有看到的，但是就算如此，老師依舊沒有錯過畢業(yè)論文的任何一個流程，總是跟在我們身后，催促大家盡早完成任務(wù)，給大家一些中肯的指導(dǎo)意見，老師給所有人查閱了論文，有什么問題都給我們指出來，讓我們盡早修改，可以說老師比設(shè)計者自身還要認真，還要仔細，替我們省去了很多的后顧之憂，正是因為指導(dǎo)老師前期的不放松和認真，才知道對待專業(yè)，對待學(xué)術(shù)就應(yīng)該如此，不能大而化之，那樣的話，什么事情都做不好。
另外還要感謝一直幫助我，陪伴我的同學(xué)們，因為有你們，大學(xué)生活才會如此的繽紛多彩，才不至于如此的乏味，在這里也要感謝學(xué)校，和學(xué)校的各位領(lǐng)導(dǎo)，謝謝給我這么一次機會，讓我有這樣的機會去獨立設(shè)計。
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