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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（文獻(xiàn)翻譯） 第 10 頁
畢業(yè)設(shè)計
文獻(xiàn)翻譯
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名
武迪
學(xué)號
080105505
指導(dǎo)教師
楊漢嵩
2012年 03 月 10 日 綜合性應(yīng)急機(jī)器人的運(yùn)動模式
M.M. Svinina,*, K. Yamadab, K. Uedab
無機(jī)仿生控制研究中心，理化學(xué)研究所，森山區(qū)，名古屋463-0003，日本
機(jī)械工程，神戶大學(xué)，納達(dá)區(qū)，神戶657-8501，日本
2001年5月7日，2001年9月17日
本文研究的是穩(wěn)定的步態(tài)運(yùn)動機(jī)器人的出現(xiàn)。一個分類器的系統(tǒng)，正在加強(qiáng)實(shí)施學(xué)習(xí)計劃，步態(tài)機(jī)器人是用于八條腿感官機(jī)器人的電機(jī)控制合成。機(jī)器人沒有對環(huán)境的先驗(yàn)知識和自己的內(nèi)部模型。這僅僅是個假設(shè)，機(jī)器人能夠獲得通過學(xué)習(xí)如何達(dá)到目標(biāo)區(qū)域的穩(wěn)定步態(tài)。在學(xué)習(xí)過程中的控制系統(tǒng)是由鋼筋信號自組織。到達(dá)目標(biāo)區(qū)域。德納一個全球性的獎勵，提出議案得到當(dāng)?shù)氐莫剟?，而退一步失敗的話卻得到當(dāng)?shù)靥幜P。隨著學(xué)習(xí)的進(jìn)展，在分類器系統(tǒng)的操作規(guī)則的數(shù)量穩(wěn)定在一定水平，相應(yīng)的步態(tài)模式。根據(jù)仿真和實(shí)驗(yàn)測試所提出的自組織系統(tǒng)的可行性。最小的模擬模型不需要構(gòu)造復(fù)雜的計算方案只用于模擬。仿真數(shù)據(jù)，被下載到真正的機(jī)器人控制系統(tǒng)，來發(fā)展最小的機(jī)器人模型?？傮w而言，10個模擬數(shù)據(jù)成功
運(yùn)行了7個真正的機(jī)器人。?Elsevier科學(xué)有限公司保留所有權(quán)利。
1. 分類器系統(tǒng)
我們的方法是用機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行建模,由一個分類器系統(tǒng)輸出控制命令回應(yīng)一個感官輸入。在分類器系統(tǒng)中，實(shí)際觀測空間和行動傳感器操作規(guī)則確定的狀態(tài)空間映射到確定的行為。
該傳感器狀態(tài)空間的發(fā)展，作為學(xué)習(xí)進(jìn)步,其結(jié)構(gòu)是自組織(圖2)。分類器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類似于威爾遜提出的最基本的一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[28]。本質(zhì)上的區(qū)別在于建立它的連續(xù)狀態(tài)與動作空間。
1.1運(yùn)動規(guī)則
讓ns作為傳感器的數(shù)量和x={ x1，…，xn }T作為機(jī)器人的感官輸入。應(yīng)該系統(tǒng)是一套操作準(zhǔn)則，R. 準(zhǔn)則r∈R定義如下:r;=
, V={ v1，…， vns }T是狀態(tài)向量與記憶的準(zhǔn)則，W={w1,…, wns}T是權(quán)重向量，u是準(zhǔn)則的效用，a是準(zhǔn)則r相應(yīng)的操作活動。實(shí)用u實(shí)在學(xué)習(xí)過程中的一個實(shí)數(shù)表示的相對值。它沒有任何直接的物理意義，并只可能與相關(guān)準(zhǔn)則的力量和內(nèi)部能量相聯(lián)系。該實(shí)用程序可能具有生物學(xué)意義，因?yàn)樗菑臏?zhǔn)則的父繼承和稍后的進(jìn)化過程中改變的。
在某種意義上，如果V匹配當(dāng)前的感管輸入X，準(zhǔn)則r變得活躍,能激發(fā)其作用。權(quán)重向量W是用來比較V和X的。wi∈[0,1]是荷蘭的‘不在意’符號的連續(xù)模擬。當(dāng)wi接近于零是，第i個傳感器測量就不那么重要了。其中W=0是所謂的無限期準(zhǔn)則。在目前的狀態(tài)X下無論任何地方的機(jī)器人都可以被激活。所有其他的準(zhǔn)則都是明確的。他們可以被附近的V激活，使用重量W定義在其附近。準(zhǔn)則的特異性：作為衡量明確的準(zhǔn)則。其中λ是時間依賴的尺度參數(shù)。當(dāng)λ接近1時，準(zhǔn)則規(guī)定的行為會有更多的反應(yīng)。另一方面，隨著λ越接近0，行為便變得更加積極主動（即會有更多不受限制地在探索環(huán)境的方式）。
其實(shí)，在我們的實(shí)現(xiàn)，這是不夠的，僅僅保留一個模糊期準(zhǔn)則。R中的所有其他準(zhǔn)則都是明確的。開始R是由最初實(shí)用u0模糊準(zhǔn)則分配的。隨著學(xué)習(xí)的進(jìn)步，R，nr的總數(shù)通過復(fù)制和廢止而變化。
1.2運(yùn)動選擇
在R中與對方進(jìn)行權(quán)利競爭會引發(fā)他們的運(yùn)動。對于所有rj∈R的準(zhǔn)則，目前感官狀態(tài)X和準(zhǔn)則的狀態(tài)向量Vj之間的加權(quán)距離定義為：其中，dk是隨時間變化的縮放參數(shù)，它被定義為在學(xué)習(xí)過程中觀察到的第k個傳感器的最高和最低值之間的最大區(qū)別。
接下來，我們定義匹配率：其中，Tm是一個常數(shù)。注意的是即使沒有明確的準(zhǔn)則匹配的感官輸入X，模糊的準(zhǔn)則也總是起作用。事實(shí)上，不管是否遇到狀態(tài)X，W=0和m=1總是匹配。這使得模糊準(zhǔn)則可能的候補(bǔ)得以被選擇。這在學(xué)習(xí)過程的開始特別重要，模糊準(zhǔn)則往往認(rèn)為是新準(zhǔn)則的執(zhí)行和新準(zhǔn)則生成的重要因素。
也要注意，當(dāng)模糊準(zhǔn)則被執(zhí)行，與此活動相關(guān)的準(zhǔn)則按照[amin，amax]均勻分布隨機(jī)生成。
成功的準(zhǔn)則是按照概率加權(quán)的方法給出了的玻爾茲曼分布:參數(shù)T的溫度含義是保持設(shè)置的狀態(tài)空間開發(fā)和探索之間的平衡。
1.3信貸分配
公用事業(yè)的準(zhǔn)則是每次更新后，優(yōu)勝者將執(zhí)行其活動。實(shí)用調(diào)整機(jī)制包括以下幾個部分。
直接收益分配。直接收益分配P是只在特定狀態(tài)下給予優(yōu)勝者的準(zhǔn)則。其中有兩種類型：回報（P>0）和懲罰（P<0）?；貓笫茄刂?guī)則的順序傳播，從而引發(fā)他們的活動折扣率γ（即當(dāng)前和以前的優(yōu)勝者）：其中N是優(yōu)勝者鏈的深度，0<γ<1。這相當(dāng)于分享利潤盈利的策略在隨著時間逐漸貼進(jìn)一步向后倒退。在這里，rw（1）是rw的父類，而rw（2）又是rw（1）的父類，以此類推。
桶橋策略。當(dāng)前的優(yōu)勝者rw交其用途的一部分，Δu，恢復(fù)到以前的優(yōu)勝者，rw：要注意的是準(zhǔn)則rw（1）增加了其效用。然而，我們沒有減少的規(guī)則rw實(shí)用性，這是我們的戰(zhàn)略和傳統(tǒng)之間的主要區(qū)別。如果觸發(fā)的動作只由數(shù)量有限的準(zhǔn)則（R的子集）和他們遞交ΔU到另一個準(zhǔn)則決定，那么每個準(zhǔn)則的效用有望逐步收斂到這些規(guī)則之間的最高效用。因此，行動準(zhǔn)則，以這種方式進(jìn)行合作，可以存活一段時間，這期間的回報是很少的。這可以根據(jù)自組織的準(zhǔn)則尋找一個最終的獎賞。
征稅。每當(dāng)一個明確的準(zhǔn)則rw觸發(fā)其活動，其效用被更新為：準(zhǔn)則rw激活率cf比照支付的成本，以防止死鎖或循環(huán)的行為。在某種意義上說，準(zhǔn)則是征稅的執(zhí)行權(quán)。需要注意的是模糊準(zhǔn)則是免稅的，因?yàn)樗闹饕δ苁巧尚碌囊?guī)則。
蒸發(fā)。當(dāng)機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)時，所有的規(guī)則都減少他們實(shí)用蒸發(fā)率η<1：從某種意義上講，它所對應(yīng)的是‘通貨膨脹’。其效用低于閾值以下的規(guī)則將被刪除。
1.4復(fù)制
在選擇優(yōu)勝者規(guī)則rw的時候，我們執(zhí)行與此規(guī)則相關(guān)的行動aw。接下來的事情就是我們應(yīng)該關(guān)心行動之后的執(zhí)行以及效用的調(diào)整，這個過程就是復(fù)制過程。在我們的系統(tǒng)中，除了rw觸發(fā)的行動導(dǎo)致倒退或者崩潰這種情況，優(yōu)勝者規(guī)則rw總是生成一個新規(guī)則rc(孩子規(guī)則)。復(fù)制過程的詳細(xì)信息形式化如下。
如果優(yōu)勝者是模糊規(guī)則，復(fù)制的規(guī)則參數(shù)就設(shè)置為：vic=xi，wic=1，i=1，…，ns。
我們稱之為‘經(jīng)驗(yàn)記憶’。效用的新規(guī)則，其作用的代碼是通過父類實(shí)現(xiàn)的：ac=aw，uc=uw。
另一方面，如果優(yōu)勝者是一個明確規(guī)則，我們試圖‘推廣經(jīng)驗(yàn)’，那么新產(chǎn)生的規(guī)則是廣義的。
要注意的是，即使其匹配率mw<1，具有較高的實(shí)用uw的規(guī)則rw也可以在競爭中取勝。在我們的系統(tǒng)中，優(yōu)勝者再次提供的一個通用的規(guī)則rc的匹配率mw，是在某一確定的閾值θr，i.e,mw<θr范圍內(nèi)。下面的表達(dá)式是與θr有關(guān)的實(shí)用規(guī)則uw的表達(dá)式：θr=exp（-Truw）。其中Tr是個常量。言下之意是，具有較高匹配率但實(shí)用性低的規(guī)則，我們允許其通過復(fù)制障礙，反之亦然。
Vc和Wc為廣義新規(guī)則載體的設(shè)置如下：vic=xi，wic=1-|xi-vic|\di,i=1,…,ns.
為新的廣義規(guī)則的代碼實(shí)用性和靈活性設(shè)置為:ac=aw，uc=λcuw。
要注意的是，上述形成的新的廣義規(guī)則可以和一個更加寬廣的狀態(tài)空間相匹配，其中包括其父類的狀態(tài)。
2. 模擬實(shí)驗(yàn)與測試結(jié)果
首先，學(xué)習(xí)步驟的可行性需要用模擬實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。如果機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，或者產(chǎn)生的行動步驟超過500，程序就會更新一次。參數(shù)設(shè)置如下：全局獎勵P=5，本地獎勵P=5，對應(yīng)行為的懲罰P=-5%, u0=10, umin=9.5, cf=0.015, γ=0.8, к=0.1, η=0.98, T=3, Tm=100, Tr=0.5。
10次模擬實(shí)驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行，每一次的動作都會進(jìn)化。模擬的不同僅在于初始生成的隨機(jī)數(shù)量。圖10中顯示了機(jī)器人第6次和第9次的運(yùn)動軌跡。兩次都到達(dá)了目標(biāo)區(qū)域。注意即使在成功案例中，機(jī)器人也沒有使用最短路徑。實(shí)際上，前進(jìn)方向的數(shù)據(jù)并沒有放進(jìn)傳感器的學(xué)習(xí)步驟里。因此，選擇不同的前進(jìn)方向，并沒有對應(yīng)的懲罰或者獎勵操作。另外一點(diǎn)，盡管機(jī)器人并不是直線到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，但腿部的運(yùn)動模式一直很穩(wěn)定。
圖11中展示了學(xué)習(xí)過程的動態(tài)曲線。記錄了到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，所經(jīng)歷的懲罰，獎勵以及必須步驟的數(shù)目。圖表中，機(jī)器人得到的全局獎勵由向下的箭頭標(biāo)示。很顯然，隨著學(xué)習(xí)過程的進(jìn)展，懲罰的次數(shù)逐漸減少。
圖11. 學(xué)習(xí)記錄
圖12展示了規(guī)則的總數(shù)，固定規(guī)則的數(shù)量，以及生成規(guī)則的數(shù)量。分別以點(diǎn)連線，細(xì)線，粗線表示。
圖12. 規(guī)則的生成
學(xué)習(xí)的動態(tài)過程展示了規(guī)則的總數(shù)，和到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的必須步驟的數(shù)量之間，有相應(yīng)的關(guān)系。也就是說，總數(shù)減少之后，必須步驟也隨即減少。并且，懲罰的數(shù)量和新生成規(guī)則的數(shù)量之間，也有相應(yīng)的聯(lián)系。這就間接說明，不定規(guī)則的探索能力，逐漸可以歸納為有效固定規(guī)則的開發(fā)功能。實(shí)際上，僅有少量的固定規(guī)則才能產(chǎn)生“有用”的行為來引發(fā)機(jī)器人的動作，并且增強(qiáng)這些動作的實(shí)用性。同時，“不相關(guān)”規(guī)則的實(shí)用性逐漸降低，并且最終消失。因此，一段時間過后，剩余的規(guī)則就能發(fā)揮主導(dǎo)作用。
到達(dá)目標(biāo)的必須步驟在第35節(jié)之后，開始變得穩(wěn)定。這是因?yàn)闄C(jī)器人掌握了一定的行為規(guī)則。圖13中展示了機(jī)器人第90次的腿部動作記錄。
圖13. 腿部動作
模擬環(huán)境下，控制裝置生成新行為的能力不斷進(jìn)化，現(xiàn)在也能夠在試驗(yàn)中得到驗(yàn)證。模擬數(shù)據(jù)（第90次以后的規(guī)則）被下載到機(jī)器人OCT1-b的控制系統(tǒng)中，會執(zhí)行一次實(shí)驗(yàn)動作。在這次實(shí)驗(yàn)動作中，機(jī)器人被相同的分類系統(tǒng)所控制。
整體來說，控制真實(shí)機(jī)器人的10次模擬數(shù)據(jù)中，有7次是成功的。為了說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們選擇了一次成功的數(shù)據(jù)和一次不成功的實(shí)驗(yàn)行為數(shù)據(jù)。機(jī)器人在第6次和第9次模擬實(shí)驗(yàn)中的行為見圖14。在模擬試驗(yàn)中進(jìn)化出的直線前進(jìn)的動作與不完美的模擬數(shù)據(jù)相比，并不健壯。這給了我們引出了另一個問題，就是修正模型中的噪點(diǎn)，并且在存在干擾因素的環(huán)境下，進(jìn)化機(jī)器人的控制系統(tǒng)。
圖14. 真實(shí)機(jī)器人行為
圖15展示了實(shí)驗(yàn)階段里機(jī)器人的步伐（腿部動作的角度）。所有的測試中，即使是失敗案例，機(jī)器人都在嘗試跟隨模擬實(shí)驗(yàn)里的運(yùn)動模式。某種意義上來說，動作步驟所組成的行為模式，可以看作是機(jī)器人控制系統(tǒng)中基因的組成“材料”。
圖15. 腿部動作記錄
3 總結(jié)
出現(xiàn)在運(yùn)動機(jī)器人的穩(wěn)定步態(tài)研究在這個文件。一個分類器系統(tǒng)，實(shí)施實(shí)例基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)計劃，用于感官八條腿的移動機(jī)器人的電機(jī)控制。機(jī)器人沒有先驗(yàn)知識的環(huán)境，其自己的內(nèi)部模型，和目標(biāo)坐標(biāo)。這只是假設(shè)機(jī)器人可以通過學(xué)習(xí)獲得穩(wěn)定的步態(tài)如何達(dá)到目標(biāo)區(qū)。在學(xué)習(xí)過程中的加固信號控制系統(tǒng)是自組織。達(dá)到光源德納一個全球性的獎勵。向前議案獲得當(dāng)?shù)氐莫剟?，同時加強(qiáng)和下降沿下得到當(dāng)?shù)氐膽土P?？刂菩袆印Ｈ鐚W(xué)習(xí)進(jìn)步，在數(shù)量上的行動規(guī)則分類器系統(tǒng)穩(wěn)定到一定程度。因此，運(yùn)動模式全球行為（穩(wěn)定步態(tài)）出現(xiàn)，作為規(guī)則分類器系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)期間舉辦的過程。提出系統(tǒng)的可行性進(jìn)行測試下仿真和實(shí)驗(yàn)。虛擬船模型建造和使用不斷變化的機(jī)器人控制器在模擬環(huán)境下。驗(yàn)證模型。
本文所提出的結(jié)果我們初步運(yùn)動模式的新興合成研究運(yùn)動機(jī)器人。因此，有足夠的空間?在未來應(yīng)解決的關(guān)鍵點(diǎn)?例如，最小的模型似乎工作以及簡單導(dǎo)航任務(wù)，但其性能尚未測試更復(fù)雜的行為。接下來，分類器系統(tǒng)，我們作為一個學(xué)習(xí).引擎有許多參數(shù)調(diào)整到最佳值。此外，我們并沒有使用正規(guī)系統(tǒng)的程序，以評估性能因?yàn)檫@是一個不平凡的問題。在這方面，工作[31]的結(jié)果可能會提供一些??有價值的見解。
談到的框架，進(jìn)一步發(fā)展最小的仿真模型，我們認(rèn)為計算簡單最小的機(jī)型應(yīng)該是成反比，控制對象的復(fù)雜性成正比?？紤]隨著時間的簡單性和復(fù)雜性變化依靠數(shù)量上的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，正常模式也可以被視為在一個可進(jìn)化的方式。?“進(jìn)化的組件將允許關(guān)閉控制循環(huán)和減少學(xué)習(xí)控制器之間的差距。正在使用該模型。從這個角度來看，它會有趣的建立和利用之間的二元（行動狀態(tài)的映射）模型和控制器（狀態(tài)到動作映射）在開發(fā)協(xié)同進(jìn)化場景。這里的關(guān)鍵問題是在之間的關(guān)系真實(shí)的評價和自我評價。在為了得到一些如何真正評價的頻率基本的了解下，發(fā)展個人計算時間，我們計劃探測相對簡單的一維或二維的問題控制任務(wù)。
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 IV 頁
目 錄
1 緒論......................................................................................................................................1
1.1 課題研究的目的和意思.............................................................................................1
1.2 國內(nèi)外研究狀況.........................................................................................................2
1.3 機(jī)械手的特點(diǎn).............................................................................................................2
1.4 機(jī)械手的組成.............................................................................................................3
2 總體方案設(shè)計......................................................................................................................4
2.1 機(jī)械手動作規(guī)劃.........................................................................................................4
2.2 傳動方案的確定.........................................................................................................4
2.2.1 手部方案的確定............................................................................................5
2.2.2 手臂俯仰方案的確定....................................................................................5
2.2.3 手臂回轉(zhuǎn)方案的確定....................................................................................6
3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計..................................................................................................................7
3.1 手部設(shè)計.....................................................................................................................7
3.1.1 手指夾緊力的確定........................................................................................7
3.1.2 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計................................................................................................7
3.2 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計............................................................................................................ 9
3.2.1 手臂材料的選擇........................................................................................... 9
3.2.2 手臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計.......................................................................................10
3.2.3 手臂俯仰結(jié)構(gòu)設(shè)計.......................................................................................15
4 機(jī)械手液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計.................................................................................................16
4.1 驅(qū)動方式的選擇........................................................................................................16
4.2 驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算................................................................................................17
4.2.1 夾緊缸設(shè)計...................................................................................................17
4.2.2 手臂俯仰缸設(shè)計...........................................................................................22
4.3 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定............................................................................................25
4.3.1 夾緊系統(tǒng)原理圖的擬定...............................................................................25
4.3.2 俯仰系統(tǒng)原理圖的擬定...............................................................................25
4.3.3 系統(tǒng)合成.......................................................................................................26
4.4 液壓泵的計算..........................................................................................................27
5 機(jī)械手軌跡規(guī)劃.................................................................................................................28
結(jié)論...........................................................................................................................................30
致謝...........................................................................................................................................31
參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................32
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 32 頁
1 緒論
1.1課題研究的目的和意義
機(jī)器人是人類很早就夢想制造的、具有仿生性且處處聽命于人的自動化機(jī)器，它可以幫助人類完成很多危險、繁重、重復(fù)的體力勞動。機(jī)器人技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高度集成和交融的產(chǎn)物，它涉及機(jī)械、控制、電子、傳感器、計算機(jī)、人工智能、知識庫系統(tǒng)以及認(rèn)識科學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域，是當(dāng)代最具有代表性的機(jī)電一體化技術(shù)之一。人類文明的發(fā)展、科技的進(jìn)步已和機(jī)器人的研究、應(yīng)用產(chǎn)生了密不可分的關(guān)系。為了適應(yīng)社會的需求，各院校都比較重視機(jī)器人技術(shù)和控制技術(shù)等課程在機(jī)械設(shè)計及其自動化專業(yè)的開設(shè)，使培養(yǎng)的學(xué)生懂得機(jī)器人設(shè)計方面的技術(shù)。經(jīng)過40多年的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、航空航天、商業(yè)、旅游、醫(yī)藥衛(wèi)生、辦公自動化及生活服務(wù)等眾多領(lǐng)域獲得了越來越普遍的應(yīng)用。機(jī)器人技術(shù)不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，所到之處使整個制造業(yè)乃至整個社會都發(fā)生了和正在發(fā)生著翻天覆地的變化。機(jī)器人是最具代表性的現(xiàn)代多種高新技術(shù)的綜合體，它可以從某個角度折射出一個國家的科學(xué)水平和綜合國力。由于社會的需求，造就了一批從事設(shè)計、開發(fā)和使用機(jī)器人的高級人才。而設(shè)計和開發(fā)的基礎(chǔ)，是對機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等的理解和掌握，才能較好的使用其中的資源來進(jìn)行設(shè)計。故此本文介紹了機(jī)器人設(shè)計的基本理論，討論了機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容，描述了機(jī)器人控制器和傳感器等的基本原理，然后再介紹機(jī)器人軌跡規(guī)劃和靜力分析方面的知識，使學(xué)生既懂得怎樣設(shè)計一個機(jī)器人，同時能熟練地運(yùn)用此設(shè)計理論。
機(jī)器人技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高度集成和交融的產(chǎn)物，計算機(jī)技術(shù)的不斷肩部和發(fā)展使機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展一次次達(dá)到一個新的水平。機(jī)器人涉及機(jī)械、控制、電子、傳感器、計算機(jī)、知識庫系統(tǒng)以及認(rèn)識科學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域，成為高科技中極為重要的組成部分。人類文明的發(fā)展、科技的進(jìn)步已和機(jī)器人的研究、應(yīng)用產(chǎn)生了不可分的關(guān)系。機(jī)器人技術(shù)是當(dāng)代最具代表性的機(jī)電一體化技術(shù)之一。機(jī)器人已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個領(lǐng)域。機(jī)器人在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用得特別廣泛，而其與外界環(huán)境直接接觸的部分是機(jī)械手，它可以代替人手，與外界環(huán)境中有毒以及有害的物質(zhì)直接接觸以減少對人的危害，它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)。人類社會的發(fā)展已離不開機(jī)器人技術(shù)，而機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步又對推動科技發(fā)展起著不可代替的作用。因此，設(shè)計機(jī)械手有特別重要的意義。
1.2國內(nèi)外研究狀況
目前，對全球機(jī)器人技術(shù)發(fā)展最有影響的國家應(yīng)該是美國和日本。美國在機(jī)器人技術(shù)的綜合研究水平上仍處于領(lǐng)先地位，而日本生產(chǎn)的機(jī)器人在數(shù)量、種類方面則居世界首位。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展推動了機(jī)器人學(xué)的建立，許多國家成立了機(jī)器人協(xié)會，美國、日本、英國、瑞典等國家設(shè)立了機(jī)器人學(xué)學(xué)位。
20世紀(jì)70年代以來，許多大學(xué)開設(shè)了機(jī)器人課程，開展了機(jī)器人學(xué)的研究工作，如美國的MIT、RPI、Stanford、Carnegie-Mellon、Conell、Purdue、Univ of California等大學(xué)都是研究機(jī)器人學(xué)富有成果的著名學(xué)府。隨著機(jī)器人學(xué)的發(fā)展，相關(guān)的國際學(xué)術(shù)交流活動也日漸增多，目前最有影響的國際會議是IEEE每年舉行的機(jī)器人學(xué)及自動化國際會議，此外還有國際工業(yè)機(jī)器人會議(ISIR)和國際工業(yè)機(jī)器人技術(shù)會議(CIRT)等。出版的相關(guān)期刊有“Robot Today”、“Robotics Research”、“Robotics and Automation”等多種。
我國的機(jī)器人技術(shù)起步較晚，約于20世紀(jì)70年代末、80年代初開始。20世紀(jì)90年代中期，6000以下深水作業(yè)機(jī)器人試驗(yàn)成功，以后的近10年中，在步行機(jī)器人、精密裝配機(jī)器人、多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人的研制等國際前沿領(lǐng)域逐步縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。
1.3機(jī)械手的特點(diǎn)
機(jī)械手最顯著的特點(diǎn)有以下幾個:
（1） 可編程 生產(chǎn)自動化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性自動化。機(jī)械手可隨其工作
環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)中的一個重要組成部分。
（2） 擬人化 能模仿人手和手臂的某些動作功能，用來按固定程序抓取、
搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全
（3） 通用性 除了專門設(shè)計的專用機(jī)械手外，一般機(jī)械手在執(zhí)行不同的作
業(yè)任務(wù)時具有較好的通用性。比如，更換機(jī)械手部末端操作器(手爪、工具等)便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。
1.4機(jī)械手的組成
作為一個系統(tǒng)，一般來說，機(jī)械手由三部分、六個子系統(tǒng)組成。這三部分是機(jī)械部分、傳感部分、控制部分；六個子系統(tǒng)是驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、機(jī)械手-環(huán)境交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。
（1） 驅(qū)動系統(tǒng)
驅(qū)動系統(tǒng)主要指驅(qū)動機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動裝置。根據(jù)驅(qū)動源的不同，驅(qū)動系統(tǒng)可分為電動、液壓、氣動以及把它們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)。
（2） 機(jī)械系統(tǒng)
機(jī)械系統(tǒng)又稱操作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，它由一系列連桿、關(guān)節(jié)或其他形式的
運(yùn)動副所組成。機(jī)械系統(tǒng)通常包括臂關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和手爪等，構(gòu)成一個多自由度
的機(jī)械系統(tǒng)。
（3） 感知系統(tǒng)
感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有用的信息。
（4） 控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)械手的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號支配機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成規(guī)定的引動和功能。
（5） 機(jī)械手-環(huán)境交互系統(tǒng)
工業(yè)機(jī)械手-環(huán)境交互系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。
（6） 人機(jī)交互系統(tǒng)
人機(jī)交互系統(tǒng)是使操作人員參與機(jī)械手控制并與機(jī)械手進(jìn)行聯(lián)系的裝置，一般來說，人機(jī)交互系統(tǒng)可分為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。
2 總體方案設(shè)計
設(shè)計機(jī)械手的第一步是進(jìn)行總體方案設(shè)計，即在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行可行性分析論證，確定夾持機(jī)械手的使用范圍、夾持方法、初選各部件的結(jié)構(gòu)和總體布局等。這是整臺機(jī)器技術(shù)設(shè)計的依據(jù)。因此，在擬定總體方案時，必須全面地考慮，使確定的方案既先進(jìn)有經(jīng)濟(jì)效益高。
2.1機(jī)械手動作規(guī)劃
本設(shè)計要求機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)對5kg以內(nèi)物品的夾持，同時實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，抬起運(yùn)動。為了滿足設(shè)計要求，首先要考慮所要設(shè)計的機(jī)械手的自由度。在三維空間描述一個物體的位置和位姿需要6個自由度。機(jī)械手的自由度是根據(jù)用途而設(shè)計的，可能小于也可能大于6個自由度。本次設(shè)計的機(jī)械手具有兩個自由度，即機(jī)械手的翻轉(zhuǎn)、抬起運(yùn)動，不包括手爪（末端執(zhí)行器）的開合自由度。如圖2.1所示：
圖2.1 機(jī)械手動作規(guī)劃示意圖
2.2傳動方案的確定
傳動方案反映運(yùn)動和動力傳遞路線和各部件的組成和聯(lián)接關(guān)系。合理的傳動方案首先要滿足機(jī)器的功能要求，例如傳動功率的大小，轉(zhuǎn)速和運(yùn)動形式。此外還要適應(yīng)工作條件（工作環(huán)境、場地、工作制度等），滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動效率高、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)性合理等要求。同時滿足這些要求是比較困難的，因此要通過分析比較多種方案，來選擇能保證重點(diǎn)要求的較好的傳動方案。
2.2.1 手部方案的確定
手部最重要的部分是機(jī)械夾持器，首先它應(yīng)具有夾持和松緊的功能。夾持器夾持工件是，應(yīng)有一定的力約束和形狀約束，以保證被夾持工件在移動、停留和裝入過程中，不改變姿態(tài)。當(dāng)需要松開工件時，應(yīng)完全松開，另外它還應(yīng)保證工件夾持姿態(tài)在現(xiàn)幾何偏差在給定的公差帶內(nèi)。機(jī)械夾持器可分為圓弧開合型、圓弧平行開合型和直線平行開合型。本次設(shè)計選用圓弧開合型，這種類型在傳動機(jī)構(gòu)帶動下，手指指端的運(yùn)動軌跡為圓弧，兩手指繞支點(diǎn)做圓弧運(yùn)動，同時在對工件進(jìn)行加緊和定心。這類夾持器對工件被夾持部位的尺寸有嚴(yán)格要求，否則可能會造成工件狀態(tài)失常。其結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。
圖2.2 手爪示意圖
2.2.2 手臂回轉(zhuǎn)方案的確定
手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有回轉(zhuǎn)軸、軸承和驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成。驅(qū)動機(jī)構(gòu)有直接驅(qū)動和間接驅(qū)動等形式。如圖2.3所示，驅(qū)動機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)軸同軸，這種形式直接驅(qū)動回轉(zhuǎn)軸，回轉(zhuǎn)軸通過軸承的支撐和導(dǎo)向作用，帶動手臂回轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)有較高的定位精度。
圖2.3 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動示意圖
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中軸承起著相當(dāng)重要的作用，用于轉(zhuǎn)到關(guān)節(jié)的軸承有多種形式，球軸承是機(jī)械手結(jié)構(gòu)中最常用的軸承。球軸承能承受徑向和軸向載荷，摩擦較小，對軸承和軸承座的剛度不敏感。至于手臂回轉(zhuǎn)軸承的選擇將在以下章節(jié)用介紹。
2.2.3 手臂俯仰方案的確定
機(jī)械手手臂俯仰運(yùn)動通常采用擺臂油（氣）缸驅(qū)動、鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)傳動實(shí)現(xiàn)手臂的俯仰，本次設(shè)計采用油缸驅(qū)動。如圖2.4所示，手臂俯仰運(yùn)動用的活塞缸位于手臂下方，其活塞桿和手臂用鉸鏈連接，缸體采用尾部耳環(huán)或中部銷軸等方式與立柱連接。
圖2.4 手臂俯仰運(yùn)動示意圖
3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計
對小型夾持機(jī)械手及手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容為：手部設(shè)計、手臂回轉(zhuǎn)設(shè)計和手臂俯仰設(shè)計。
3.1手部設(shè)計
機(jī)械手的手部也叫做末端執(zhí)行器，它是裝在機(jī)械手手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。手部主要具有以下特點(diǎn)：
（1） 手部和腕部相連處可拆卸。
（2） 手部是機(jī)器人末端執(zhí)行器。
（3） 手部的通用性比較差。
（4） 手部是一個獨(dú)立的部件。
3.1.1 手指夾緊力的確定
為了增大夾緊力，在機(jī)械手手爪加緊面上加上橡膠，通過增大摩擦系數(shù)來加大夾緊力。 選擇被夾物體的材料為鐵，則摩擦系數(shù)=0.45。由于設(shè)計要求能夾持5kg重的物體，所以，夾緊力為：
（3.1）
===108.9（N）
3.1.2 手指結(jié)構(gòu)設(shè)計
手部設(shè)計和選用時最主要的是滿足功能上的要求。首先要考慮的是要抓握什么樣的工件，本次設(shè)計選用被夾持物體的材料為鐵，其密度，形狀尺寸為圓柱體，選取高= ，則被夾持物體的半徑為：
= （3.2）
則夾緊時手爪作用點(diǎn)之間的距離為2R。機(jī)械手通常利用手指與工件接觸面間的摩擦力來夾持工件。工件在被夾持的過程中，從靜止?fàn)顟B(tài)開始可能有多種運(yùn)動形式。在不同的運(yùn)動狀態(tài)下，工件的受力情況是不同的，當(dāng)工件處于靜止或勻速移動狀態(tài)下時，工件除了與手爪的作用力外，所承受的只用重力；當(dāng)工件加速運(yùn)動時，其受力情況還應(yīng)考慮慣性力的影響。因此，在設(shè)計時，應(yīng)對夾持器的各種工作狀態(tài)進(jìn)行分析，使其結(jié)構(gòu)能提供必學(xué)的夾持力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和查閱相關(guān)資料，手部機(jī)構(gòu)設(shè)計如下圖：
圖3.1 手爪設(shè)計分析圖
圖中,e為支持器活塞中心至手指支點(diǎn)的距離；為手指支點(diǎn)至指端（與工件接觸點(diǎn)）的長度；為手指支點(diǎn)銷軸的半徑；為液壓缸所需要提供的軸向作用力；為手指回轉(zhuǎn)有效分力，=；為垂直分力，；為單手指指端作用力（加持力）；為壓力角；為構(gòu)件間相互摩擦系數(shù)。由圖可知手指對手指支點(diǎn)的力矩平衡式為
整理得
考慮到手指夾持工件時，，若忽略摩擦影響（），則上式可簡化為
（3.3）
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計要求，并考慮手部結(jié)構(gòu)的特征，取=20,=60
則所需提供軸向作用力為
=
3.2 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計
機(jī)器人的手臂由大臂、小臂（或多臂）組成。手臂的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動和電動驅(qū)動幾種形式，其中電動形式最為通用。臂部設(shè)計需要注意以下問題：
(1) 承載能力足。不僅要考慮抓取物體的重量，還要考慮運(yùn)動時的動載荷。
(2) 剛度高。為防止臂部在運(yùn)動過程中產(chǎn)生過大的變形，應(yīng)合理選擇手臂的截面形狀。工字形截面彎曲剛度一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實(shí)心軸的大得多，所以常用鋼管制作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼制作支承板。
(3) 導(dǎo)向性能好，動作迅速、靈活、平穩(wěn)，定位精度高。為防止手臂在直線運(yùn)動過程中沿運(yùn)動軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計方形、花鍵等形式的臂桿。由于臂部運(yùn)動速度越高，定位前慣性力引起的沖擊也就越大，運(yùn)動不平穩(wěn)，定位精度也不高。因此，除了臂部設(shè)計力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕外，同時要采用一定形式的緩沖措施。
(4) 重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小。為提高機(jī)器人的運(yùn)動速度，要盡量減少臂部運(yùn)動部分的重量，以減少整個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。
(5) 合理設(shè)計與腕和機(jī)身的連接部位。臂部安裝形式和位置不僅關(guān)系到機(jī)器人的強(qiáng)度、剛度和承載能力，而且還直接影響機(jī)器人的外觀。
3.2.1 手臂材料的選擇
機(jī)械手手臂材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作狀況來選擇。根據(jù)設(shè)計要求，手臂要完成各種運(yùn)動。因此，對材料的一個要求是作為運(yùn)動的部件，它應(yīng)是輕型材料。而另一方面，手臂在運(yùn)動過程中往往會產(chǎn)生振動，這將大大降低它的運(yùn)動精度。因此，選擇材料時，需要對質(zhì)量、剛度、阻尼進(jìn)行綜合考慮，以便有效地提高手臂的動態(tài)性能。機(jī)械手手臂材料首先應(yīng)是結(jié)構(gòu)材料。手臂承受載荷時不應(yīng)有變形和斷裂。從力學(xué)角度看，即要具有一定的強(qiáng)度。手臂材料應(yīng)選擇高強(qiáng)度材料，如鋼、鑄鐵、合金鋼等。機(jī)器人手臂是運(yùn)動的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比較輕。綜合而言，應(yīng)該優(yōu)先選擇強(qiáng)度大而密度小的材料制作手臂，其中，非金屬材料有尼龍6、聚乙烯(PEH)和碳素纖維等；金屬材料以輕合金(特別是鋁合金)為主。因此，本次設(shè)計選擇手臂的材料為鋁合金。
3.2.2 手臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計
回轉(zhuǎn)運(yùn)動用步進(jìn)電動機(jī)直接驅(qū)動實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)，如圖2.3所示。這種結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，運(yùn)動靈活，響應(yīng)快，精度高等特點(diǎn)。回轉(zhuǎn)運(yùn)動結(jié)構(gòu)設(shè)計最主要的是對電動機(jī)、軸承和聯(lián)軸器等設(shè)計。
1、 步進(jìn)電動機(jī)概論
手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動，電機(jī)軸與回轉(zhuǎn)軸用聯(lián)軸器進(jìn)行聯(lián)接。步進(jìn)電動機(jī)一般作為開環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有時也用于閉環(huán)伺服系統(tǒng)，它是一種將脈沖電信號轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移的一種D/A轉(zhuǎn)換裝置。按照輸出位移的不同，步進(jìn)電動機(jī)可分為回轉(zhuǎn)式步進(jìn)電動機(jī)和直線式步進(jìn)電動機(jī)。機(jī)器人中一般采用回轉(zhuǎn)式步進(jìn)電動機(jī)。如果把步進(jìn)電動機(jī)裝在機(jī)器人回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸上，則接收一個電脈沖，步進(jìn)電動機(jī)就帶動機(jī)器人的關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的角度。步進(jìn)電動機(jī)連續(xù)不斷地接收脈沖，則關(guān)節(jié)軸連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)過的角度與接收的脈沖數(shù)成正比。步進(jìn)電動機(jī)具有下列優(yōu)點(diǎn)：
（1） 輸出角度精度高，無積累誤差，慣性小。步進(jìn)電動機(jī)的輸出精度主要
由步距角來反映。所謂步距角是指步進(jìn)電動機(jī)接收一個脈沖電信號其輸出軸轉(zhuǎn)過的角度。目前步距角一般可以做到0.002°～0.005°甚至更小。步進(jìn)電動機(jī)的實(shí)際步距角與理論步距角總存在一定的誤差，這誤差在電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)會逐步積累，但當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一周后其轉(zhuǎn)軸又回到初始位置，使誤差回到零。
（2） 輸入和輸出呈嚴(yán)格的線性關(guān)系。輸出角度不受電壓、電流及波形等因素
的影響，取決于輸入脈沖數(shù)的多少。
（3） 容易實(shí)現(xiàn)位置、速度控制，起、停及正、反轉(zhuǎn)控制方便。步進(jìn)電動機(jī)
的位置(輸出角度)由輸入脈沖數(shù)確定，其轉(zhuǎn)速由輸入脈沖的頻率決定，正、反轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)向)由脈沖輸入的順序決定，而脈沖數(shù)、脈沖頻率、脈沖順序都可方便地由計算機(jī)輸出控制。
（4） 輸出信號為數(shù)字信號，可以與計算機(jī)直接接口。
（5） 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可靠性好，壽命長。
步進(jìn)電動機(jī)按照勵磁方式分有反應(yīng)式、永磁式和混合式。這里以反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)為例說明其工作原理。如圖3.2所示為單定子、徑向分相三相反應(yīng)式伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。與普通電動機(jī)一樣，該電動機(jī)有定子和轉(zhuǎn)子兩部分，其中定子又分定子鐵心和定子繞組。定子鐵心由電工鋼片疊壓而成，其形狀如圖下圖所示。定子繞組是繞置在定子鐵心6個均勻分布的齒上的線圈，直徑方向上相對的兩個齒上的線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成一相控制繞組。若任一相繞組通電，便形成一組定子磁極，其方向即圖中所示的N、S極。在定子的每個磁極即定子鐵心上每個齒又開了5個小齒，齒槽等寬，齒間夾角是9°，與磁極上的小齒一致。此外，三相定子磁極上的小齒在空間位置上依次錯開1/3齒距。當(dāng)A相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的齒對齊時，B相磁極上的小齒剛好超前或滯后轉(zhuǎn)子上的齒1/3齒距角，C相磁極超前或滯后2/3齒距角。
1— 定子繞組；2—定子鐵心；3—轉(zhuǎn)子；4—A相磁通
圖3.2 伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖
當(dāng)A相繞組通電時，轉(zhuǎn)子上的齒與定子AA上的小齒對齊。若A相斷電，B相通電，由于磁力的作用，轉(zhuǎn)子的齒與定子BB上的小齒對齊，轉(zhuǎn)子沿順時針方向轉(zhuǎn)過3°。如果控制線路不斷地按A→B→C→A→…的順序控制步進(jìn)電動機(jī)繞組的通、斷電，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子則不停地順時針轉(zhuǎn)動。若通電順序改為A→C→A→A→…，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子將逆時針轉(zhuǎn)動。這種通電方式稱為三相單三拍通電方式。通常為了得到小的步距角和較好的輸出性能，用三相六拍通電方式，其通電順序?yàn)锳→AB→B→BC→C→CA→A→…(順時針)和A→AC→C→CB→B→BA→A→…，相應(yīng)地繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過1.5°。
步進(jìn)電動機(jī)的步距角可用下式表示
（3.4）
式中： 為步進(jìn)電動機(jī)的步距角；為定子繞組的相數(shù)；為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)；為通電方式常數(shù)，相拍通電時=1，相2拍通電時=2。
步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)主要由步進(jìn)電動機(jī)控制器、功率放大器及步進(jìn)電動機(jī)組成。硬件步進(jìn)電動機(jī)控制器由脈沖發(fā)生器、環(huán)形分配器、控制邏輯等組成。它的作用是把代表轉(zhuǎn)速的脈沖數(shù)分配到電動機(jī)的各個繞組上，使電動機(jī)按既定的方向和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置。
2、 步進(jìn)電動機(jī)的選擇
根據(jù)需要，本設(shè)計回轉(zhuǎn)運(yùn)動選用5相PK系列單轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電動機(jī)，型號為PK564-A 。5相PK系列為1轉(zhuǎn)500分割（0.72°/step）的高轉(zhuǎn)矩·低振動型步進(jìn)電動機(jī)。為了適應(yīng)所有的驅(qū)動方式，導(dǎo)線規(guī)格設(shè)計為10條導(dǎo)線。其實(shí)體模型如圖3.3所示：
圖3.3 步進(jìn)電機(jī)實(shí)體圖
和其配套使用的還有安裝底座、彈性聯(lián)軸器、制振器等。
步進(jìn)電動機(jī)的尺寸參數(shù)如下圖：
圖3.4 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸圖
其中： L1=46.5mm，L2=69.5。
步進(jìn)電動機(jī)的其它規(guī)格如表3.1：
表3.1 步進(jìn)電動機(jī)規(guī)格
安裝尺寸mm
品名
保持轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)到慣量
額定電流
A/相
線圈電阻
/相
基本
步距角
重量
□60
PK564-A
步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性如下圖：
圖3.5 步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性圖
3、 電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核
由于所夾持工件為回轉(zhuǎn)體，且回轉(zhuǎn)過程為勻速轉(zhuǎn)動，所以不會裁成轉(zhuǎn)矩。在轉(zhuǎn)到過程中，只有軸承和聯(lián)軸器產(chǎn)生的摩擦，以及手爪結(jié)構(gòu)不平衡產(chǎn)生的力矩。由于這些轉(zhuǎn)矩?fù)p失非常小，可以忽略不計，因此所選電動機(jī)滿足設(shè)計要求。
4、 聯(lián)軸器的選擇
（1） 類型選擇
為了隔離振動與沖擊，并保證較高的定位精度，選用彈性無齒隙聯(lián)軸器。
（2） 載荷計算
從表1得知電動機(jī)公稱轉(zhuǎn)矩
由《機(jī)械設(shè)計》表14-1，即表3.2，查得,故由《機(jī)械設(shè)計》式（14-3）
（3.5）
得計算轉(zhuǎn)矩為
表3.2 工作情況系數(shù)K
工作機(jī)
K
原動機(jī)
分類
工作情況及舉例
電動機(jī)
汽輪機(jī)
雙缸
內(nèi)燃機(jī)
單缸
內(nèi)燃機(jī)
1
轉(zhuǎn)矩變化很小，如發(fā)電機(jī)、小型離心泵
1.3
1.8
2.0
2
轉(zhuǎn)矩變化小，如透平壓縮機(jī)、運(yùn)輸機(jī)
1.5
2.0
2.4
3
轉(zhuǎn)矩變化中等，如攪拌機(jī)、增壓機(jī)、沖床
1.7
2.2
2.6
4
轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷中等，如織布機(jī)、拖拉機(jī)
1.9
2.4
2.8
5
轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷較大，如造紙機(jī)，碎石機(jī)
2.3
2.8
3.2
6
轉(zhuǎn)矩變化大并有極強(qiáng)烈沖擊載荷
3.1
3.6
4.0
（3） 型號選擇
從 4324-84中查得TL1型彈性聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為,許用最大轉(zhuǎn)速為8800，軸徑為6~14mm之間，故合用。
5、軸承的選擇
根據(jù)工作條件決定選用角接觸球軸承。由于受回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)尺寸的限制，選擇左端支撐軸承型號為7012，右端支撐軸承型號為7000。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和估算，確定所選軸承滿足設(shè)計要求。
3.2.3 手臂俯仰結(jié)構(gòu)設(shè)計
手臂俯仰結(jié)構(gòu)如圖2.4所示，手臂俯仰機(jī)構(gòu)采用液壓缸直接驅(qū)動。俯仰機(jī)構(gòu)中要有控制手臂仰起角度的機(jī)構(gòu)，如圖3.6所示。
圖3.6 手臂俯仰結(jié)構(gòu)示意圖
當(dāng)手臂仰起到一定角度時，手臂尾部將被立柱擋住而不能繼續(xù)仰起，從而控制手臂俯仰范圍。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，靈活性好，可靠性高。
手臂俯仰結(jié)構(gòu)設(shè)計最主要的是對俯仰液壓缸進(jìn)行設(shè)計，對手臂俯仰缸的設(shè)計將在以后章節(jié)中介紹。
4 液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計
對液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，應(yīng)該明確液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計、計算的步驟和方法。液壓系統(tǒng)的設(shè)計必須重視調(diào)查研究，注意借鑒別人的經(jīng)驗(yàn)。一般來說，液壓系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)著重解決的主要問題是滿足工作部件對力和運(yùn)動兩方面的要求。在滿足工作性能和工作可能性的前提下，應(yīng)力求系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)且維護(hù)方便。具體的設(shè)計步驟如下：
（1） 明確設(shè)計依據(jù)，進(jìn)行工況分析
（2） 初步確定液壓系統(tǒng)參數(shù)
（3） 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
（4） 計算、選擇或設(shè)計液壓元件
4.1驅(qū)動方式的選擇
驅(qū)動部分是機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分，機(jī)器人的驅(qū)動方式可分為以下幾類:
（1） 氣壓驅(qū)動 使用壓力通常在 0. 4~0. 6Mpa，最高可達(dá) 1Mpa。氣壓驅(qū)動
主要優(yōu)點(diǎn)是氣源方便 (一般工廠都由壓縮空氣站供應(yīng)壓縮空氣)，驅(qū)動系統(tǒng)具有緩沖作用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可以在高溫、粉塵等惡劣的環(huán)境中工作。氣壓驅(qū)動的缺點(diǎn)是功率質(zhì)量比小，裝置體積大，同時由于空氣的可壓縮性使得機(jī)器人在任意定位時，位姿精度不高。適用于易燃、易爆和灰塵大的場合。
（2） 液壓驅(qū)動 液壓驅(qū)動系統(tǒng)用2-15Mpa的油液驅(qū)動機(jī)器人，體積較氣壓
驅(qū)動小，功率質(zhì)量比大，驅(qū)動平穩(wěn)，且系統(tǒng)的固有效率高，快速性好，同時液壓驅(qū)動調(diào)速比較簡單，能在很大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。用電液伺服控制液體流量和運(yùn)動方向時，可以使機(jī)器入的軌跡重復(fù)性提高。液壓驅(qū)動的缺點(diǎn)是易漏油，這不僅影響工作穩(wěn)定性和定位精度，而且污染環(huán)境。液壓驅(qū)動多用于要求輸出力較大，運(yùn)動速度較低的場合。
（3） 電氣驅(qū)動 電氣驅(qū)動是利用各種電機(jī)產(chǎn)生的力或轉(zhuǎn)矩，直接或經(jīng)過減速
機(jī)構(gòu)去驅(qū)動負(fù)載，減少了由電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，直接獲得要求的機(jī)器人運(yùn)動。由于電氣驅(qū)動具有易于控制，運(yùn)動精度高，響應(yīng)快，使用方便，信號監(jiān)測、傳遞和處理方便，成本低廉，驅(qū)動效率高，不污染環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，電氣驅(qū)動己經(jīng)成為最普遍，應(yīng)用最多的驅(qū)動方式，90年代后生產(chǎn)的機(jī)器人大多數(shù)采用這種驅(qū)動方式。
由于機(jī)械手的回轉(zhuǎn)運(yùn)動驅(qū)動負(fù)載小，要求結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高，所以選用了電氣驅(qū)動方式。即手臂旋轉(zhuǎn)采用步進(jìn)電動機(jī)做執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而夾緊和抬起運(yùn)動要求體積小、質(zhì)量比大、驅(qū)動平穩(wěn)，所以選用液壓驅(qū)動方式。即采用單桿液壓缸對工件進(jìn)行夾緊，手臂的抬起運(yùn)動靠液壓缸來實(shí)現(xiàn)。電氣驅(qū)動和液壓驅(qū)動相結(jié)合，使得整個系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，適合于小型夾持式機(jī)械手。
4.2 機(jī)械手液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算
液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計是整機(jī)設(shè)計的一部分，在目前液壓系統(tǒng)的設(shè)計主要還是經(jīng)驗(yàn)法，即使使用計算機(jī)輔助設(shè)計，也是在專家的經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)先進(jìn)行的。對液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計計算，必須明確液壓系統(tǒng)的動作和性能要求，例如，執(zhí)行元件的運(yùn)動方式、行程范圍、負(fù)載條件、運(yùn)動的平穩(wěn)性和精度、工作循環(huán)和動作周期、工作可靠性要求等。同時還要考慮到液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和具體設(shè)計要求來對液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。
4.2.1 夾緊缸的設(shè)計
1、 計算液壓缸的總機(jī)械載荷
根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作情況，總機(jī)械載荷
（4.1）
式中 —工作載荷，已知為653N；
—密封阻力；
—回油背壓形成的阻力。
（1） 的計算
=（N） （4.2）
式中 —克服液壓缸密封件摩擦阻力所需空載壓力（），液壓缸選O型密封圈，設(shè)液壓缸工作壓力<16，由相關(guān)設(shè)計手冊查得<0.3，取=0.1；
—進(jìn)油工作腔有效作用面積（），此值屬未定數(shù)值，初估為2。
啟動時 =
運(yùn)動時 =
（2） 的計算
回油背壓形成的阻力按下式計算
= （4.3）
式中 —回油背壓，一般為~，取=；
—無桿腔活塞面積，考慮兩邊差動比為2，已經(jīng)初估=2
=4。
各值代入上式
==
分析液壓缸各工作階段受力情況，得知在工進(jìn)階段受力最大，作用在活塞上的總機(jī)械載荷為
=653+10+120=783（N）
2、 確定液壓缸的主要尺寸和工作壓力
按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定系統(tǒng)工作壓力。工作壓力
（4.4）
液壓缸工作腔有效工作面積
因差動比為1：2，所以=2=15.6
活塞直徑
D=
活塞桿直徑
計算所得的液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列，根據(jù)[8]《液壓傳動與控制》[M]表5-3及表5-4，取標(biāo)準(zhǔn)直徑，則工作壓力
取。
在確定液壓缸活塞面積之后，還要按最低進(jìn)給速度驗(yàn)算液壓缸尺寸。設(shè)液壓缸有效工作面積為，則
（4.5）
式中 —流量閥最小穩(wěn)定流量，取調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量40mL/min；
—活塞最低進(jìn)給速度，本設(shè)計取20mm/min；
—液壓缸有效工作面積。
根據(jù)上面計算值，得
=
又，所以
說明液壓缸尺寸滿足活塞最小穩(wěn)定速度要求。
3、 液壓缸活塞寬度B的確定
對于一般的液壓缸，活塞寬度
B=（0.6~1.0）D （4.6）
根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，取B=0.6D=0.625=15mm
4、 活塞缸缸體壁厚的確定
液壓缸的壁厚可根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計來確定。本設(shè)計取=3mm
5、 液壓缸行程的確定
液壓缸的行程見參考文獻(xiàn)[8]《液壓傳動與控制》[M]表5-5活塞行程系列。根據(jù)設(shè)計需要，選。
6、 液壓缸的長度L的確定
按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合液壓缸的其它尺寸，取液壓缸的長度L=92。
7、 活塞桿長度的確定
活塞桿直徑確定之后，還需根據(jù)液壓缸的長度確定活塞桿長度。
8、 液壓缸的安裝方式
國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了單桿液壓缸的安裝方式，本次設(shè)計采用加長拉桿穿過安裝板的安裝方式進(jìn)行安裝。
9、 液壓缸的強(qiáng)度和剛度校核
（1） 缸筒壁厚的校核
由于工作壓力不高，缸體內(nèi)徑也不大，所以不必進(jìn)行強(qiáng)度校核。
（2） 液壓缸缸蓋固定螺栓直徑校核
液壓缸缸蓋固定螺栓在工作過程中，同時承受拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力，根據(jù)液壓缸結(jié)構(gòu)取螺栓直徑，其螺栓直徑可按下式校核
（4.7）
式中 K— 螺栓擰緊系數(shù)，取K=1.5；
F—液壓缸最大作用力，前面已經(jīng)計算得知F=783N；
Z—螺栓個數(shù)，Z=4；
[]—螺栓材料的許用應(yīng)力，[] =，螺栓材料的屈服極限；取螺栓材料為，查《材料力學(xué)》表2.1，即如下表4.1，得=，為安全系數(shù)，一般取=，此處取。
將以上數(shù)值代入公式
成立
滿足要求。
表4.1 幾種常用材料的主要力學(xué)性能
材料名稱
牌號
普通碳素鋼
Q235
Q235
216~235
255~275
373~461
490~608
25~27
19~21
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼
40
45
333
353
569
598
19
16
普通合金結(jié)構(gòu)鋼
Q345
Q390
274~343
333~412
471~510
490~549
19~21
17~19
合金結(jié)構(gòu)鋼
20
40
540
785
835
980
10
9
碳素鑄鋼
ZG170-500
270
500
18
可鍛鑄鐵
KTZ450-06
450
6()
球墨鑄鐵
QT450-10
450
10()
灰鑄鐵
HT150
120~175
（3） 活塞桿強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核
活塞桿直徑可按下式校核強(qiáng)度
（4.8）
式中 —活塞桿材料的許用應(yīng)力，，為材料抗拉強(qiáng)度，取活塞桿材料為鋼，由表4.1得；為安全系數(shù)，一般取1.4。
F—活塞桿所受負(fù)載；
將以上數(shù)值代入公式
成立
滿足要求。
4.2.2 手臂俯仰液壓缸設(shè)計
1、 確定液壓缸的牽引力F
根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作情況，液壓缸受力如圖10所示。牽引力
（4.9）
圖4.1 液壓缸受力分析示意圖
其中 —支撐點(diǎn)左端機(jī)械手手臂的重力；
—支撐點(diǎn)右端配重塊的重力；
—支點(diǎn)支撐力。
據(jù)手臂材料和結(jié)構(gòu)尺寸估算其重量，然后在手臂尾部加配重塊，則手臂在支點(diǎn)支撐作用下基本上保持平衡狀態(tài)，因此只需較小的牽引力就能滿足設(shè)計要求。
取F=200。
2、 去定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力
按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定系統(tǒng)工作壓力。工作壓力
液壓缸工作腔有效工作面積
活塞直徑
D=
因差動比為1：2，所以活塞桿直徑
計算所得的液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列，根據(jù)《液壓傳動與控制》表5-3、表5-4，取標(biāo)準(zhǔn)直徑，則工作壓力
取。
3、 液壓缸活塞寬度B的確定
對于一般的液壓缸，活塞寬度由式（4.6）
B=（0.6~1.0）D
根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，取B=0.6D=0.616=9.6mm
4、 活塞缸缸體壁厚的確定
液壓缸的壁厚可根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計來確定。本設(shè)計取=。
5、 液壓缸行程的確定
液壓缸的行程見[8]《液壓傳動與控制》[M]表5-5活塞行程系列。根據(jù)設(shè)計需要，選。
6、 液壓缸的長度L的確定
按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合液壓缸的其它尺寸，取液壓缸的長度L=70。
7、 活塞桿長度的確定
活塞桿直徑確定之后，還需根據(jù)液壓缸的長度確定活塞桿長度。
8、 液壓缸的強(qiáng)度和剛度校核
（1） 缸筒壁厚的校核
由于工作壓力不高，缸體內(nèi)徑也不大，所以不必進(jìn)行強(qiáng)度校核。
（2） 液壓缸缸蓋固定螺栓直徑校核
液壓缸缸蓋固定螺栓在工作過程中，同時承受拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力，根據(jù)液壓缸結(jié)構(gòu)取螺栓直徑，其螺栓直徑可按式（4.7）校核
式中 K— 螺栓擰緊系數(shù)，取K=1.5；
F—液壓缸最大作用力，前面已經(jīng)計算得知F=200N；
Z—螺栓個數(shù)，Z=4；
[]—螺栓材料的許用應(yīng)力，[] =，螺栓材料的屈服極限；取螺栓材料為，查表4.1得=，為安全系數(shù)，一般取=，此處取。
將以上數(shù)值代入公式
成立
滿足要求。
（3） 活塞桿強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核
活塞桿直徑可按式（4.8）校核強(qiáng)度
式中 —活塞桿材料的許用應(yīng)力，，為材料抗拉強(qiáng)度，取活塞桿材料為鋼，由表4.1查得；為安全系數(shù)，一般取。
F—活塞桿所受負(fù)載；
將以上數(shù)值代入公式
成立
滿足要求。
4.3液壓系統(tǒng)原理圖的擬定
4.3.1 夾緊系統(tǒng)原理圖的擬定
如圖4.2所示，此夾緊過程通過液壓缸直接驅(qū)動。當(dāng)電磁鐵1DT得電時，壓力油通過換向閥左位進(jìn)入液壓缸有桿腔，液壓缸將驅(qū)動末端執(zhí)行器對工件進(jìn)行夾緊，當(dāng)電磁鐵1DT失電，而電磁鐵2DT得電時，壓力油通過換向閥右位進(jìn)入無桿腔，驅(qū)動液壓缸松開工件。
圖4.2 夾緊系統(tǒng)原理圖
4.3.2 俯仰系統(tǒng)原理圖的擬定
如圖4.3所示，當(dāng)電磁鐵3DT得電時，壓力油通過換向閥左位進(jìn)入液壓缸無桿腔，液壓缸將驅(qū)動手臂仰起，當(dāng)電磁鐵3DT失電，而電磁鐵4DT得電時，壓力油通過換向閥右位進(jìn)入無桿腔，液壓缸將驅(qū)動手臂俯下。
圖4.3 俯仰系統(tǒng)原理圖
4.3.3 系統(tǒng)合成
如圖4.4所示，機(jī)械手運(yùn)動部分由壓力油直接驅(qū)動。油泵采用限壓式變量葉片泵。系統(tǒng)的工作壓力用溢流閥來調(diào)節(jié)，各油缸的運(yùn)動速度用節(jié)流閥來調(diào)節(jié)。機(jī)械手夾緊運(yùn)動和手臂俯仰運(yùn)動，采用適時切換油路節(jié)流減速緩沖。各電磁換向閥電磁鐵動作情況如表4.2所示。
表4.2 電磁換向閥電磁鐵動作情況分析表
電磁鐵序號
動作名稱
1DT
2DT
3DT
4DT
5DT
6DT
7DT
機(jī)械手夾緊工件
-
-
-
-
+
-
-
機(jī)械手松開工件
-
-
-
-
-
+
-
機(jī)械手夾緊工件節(jié)流緩沖
-
+
-
-
+
-
-
機(jī)械手松開工件節(jié)流緩沖
-
+
-
-
-
+
-
機(jī)械手手臂仰起
-
-
+
-
-
-
機(jī)械手手臂下俯
-
-
-
+
-
-
-
機(jī)械手手臂仰起節(jié)流緩沖
+
-
+
-
-
-
-
機(jī)械手手臂俯下節(jié)流緩沖
+
-
-
+
-
-
-
液壓系統(tǒng)卸荷
-
-
-
-
-
-
+
圖4.4 系統(tǒng)合成原理圖
4.4液壓泵的計算
1、 確定液壓泵的實(shí)際工作壓力
（4.10）
式中 —前以選定為；
—對于進(jìn)油路采用調(diào)速閥的系統(tǒng)，可估為（0.5~1.5），取0.5。
因此，可確定液壓泵的實(shí)際工作壓力
5 機(jī)械手軌跡規(guī)劃
機(jī)械手在作業(yè)空間要完成給定的任務(wù)，其手部運(yùn)動必須按一定的軌跡進(jìn)行。軌跡的生成一般是先給定軌跡上的若干個點(diǎn)，將其經(jīng)運(yùn)動學(xué)反解映射到關(guān)節(jié)空間，對關(guān)節(jié)空間中的相應(yīng)點(diǎn)建立運(yùn)動方程，然后按這些運(yùn)動方程對關(guān)節(jié)進(jìn)行插值，從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)空間的運(yùn)動要求，這一過程通常稱為軌跡規(guī)劃。運(yùn)動軌跡的描述一般是對其手部位姿的描述，此位姿值可與關(guān)節(jié)變量相互轉(zhuǎn)換。下面將對機(jī)械手的回轉(zhuǎn)運(yùn)動進(jìn)行軌跡規(guī)劃。
由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為0.42N·，由圖表1查得電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，脈沖速度為，即250次/秒。則機(jī)械手手部實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)所需要的時間為
根據(jù)需要，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)必須運(yùn)動平穩(wěn)，并具有如下作業(yè)狀態(tài)：初始時，關(guān)節(jié)靜止不動，位置；運(yùn)動結(jié)束時，此時關(guān)節(jié)速度為。根據(jù)要求，可以對回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用三次多項式插值函數(shù)來規(guī)劃其運(yùn)動。已知，，=1，代入《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》式（3.8），即如下式
（4.11）
可得三次多項式的系數(shù)
a0=0.0，a1=0.0，a2=540，a3=–360
由《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》式（3.5）和式（3.6）
（4.12）
（4.13）
可確定回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動軌跡，即
對于手指夾緊運(yùn)動和手臂俯仰運(yùn)動的軌跡規(guī)劃和手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡規(guī)劃的計算過程是相似的，不再一一進(jìn)行討論，從略。
結(jié)論
本文結(jié)合目前國內(nèi)外機(jī)械手的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，具體闡述了一種小型夾持式機(jī)械手的設(shè)計和開發(fā)過程。理論和實(shí)踐證明，本課題所研制的小型夾持式機(jī)械手系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能要求。本人在課題研究過程中獲取了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和一定的研究經(jīng)驗(yàn)，為夾持式機(jī)械手的產(chǎn)品化提供必要的理論依據(jù)和技術(shù)數(shù)據(jù)。論文的主要工作如下：
1、進(jìn)行了小型夾持式機(jī)械手總體方案設(shè)計。
2、進(jìn)行了小型夾持式機(jī)械手機(jī)構(gòu)的機(jī)械本體設(shè)計。
3、進(jìn)行了機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計了機(jī)械手姿態(tài)控制的驅(qū)動系統(tǒng)，擬定了液壓控制系統(tǒng)原理圖。
4、進(jìn)行了機(jī)械手的軌跡規(guī)劃。主要對機(jī)械手回轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡進(jìn)行了規(guī)劃。建立機(jī)械手運(yùn)動的軌跡方程。
5、運(yùn)用Solidworks三維軟件建立了機(jī)械手結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行了虛擬裝配，結(jié)果證明所設(shè)計的機(jī)械手結(jié)構(gòu)合理，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的動作要求。
本次設(shè)計的小型夾持式機(jī)械手及手臂結(jié)構(gòu)合理，布局比較完善，各項性能指標(biāo)也達(dá)到了設(shè)計要求。但是還有不足和尚需完善之處：
1、為了提高機(jī)械手的定位精度和響應(yīng)速度，還需要增加傳感器控制系統(tǒng)。
2、隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，適當(dāng)引入反饋控制技術(shù)，以便適時的監(jiān)控外界環(huán)境的變化，以求達(dá)到更好的適應(yīng)能力。
3、為了使機(jī)械手的動作更加靈活，應(yīng)適當(dāng)增加機(jī)械手的自由度，使機(jī)械手能進(jìn)行空間復(fù)雜曲線的作業(yè)。
小型夾持式機(jī)械手的研制已經(jīng)取得了階段性成果，還需要進(jìn)一步的發(fā)展和完善，使之逐步產(chǎn)業(yè)化。
致謝
本論文是在楊漢嵩講師的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的，恩師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識、誨人不倦的精神給學(xué)生留下了深刻的印象，使學(xué)生終身受益。籍此論文完成之際，謹(jǐn)向恩師致以最崇高的敬意和最由衷的感謝！
感謝我的師兄、師弟們，他們在方方面面都給了我許多關(guān)心幫助，使得我在這里的學(xué)習(xí)生活充滿了樂趣。這期間和他們結(jié)下的深厚誼將是我今后的人生中一筆豐厚的財富，無論何時何地都不會忘記!
感謝所有幫助過我的老師、同學(xué)和朋友！
感謝對論文進(jìn)行評審、提出寶貴意見的各位專家！
感謝我的母校為我們提供了一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境！
最后，我要對我的父母表示深深的感謝，感謝他們的養(yǎng)育和教導(dǎo)，感謝他們長期的支持和鼓勵以及他們給予我的無私的愛！
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