五自由度微型装配机械手的结构设计（含CAD图纸和说明书）
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摘 要到了越来越快的发展，其智能化程度越来越高，已经应用于工业生产制造、医疗和军事等各个领域，成为当前生产和高科技研究中的一个极其重要的构成部分。机器人上最为关键的执行部件就是机械臂，因此深入的研究机械臂有着非凡的现实意义。由于机械臂所对应的自由度不止一个，可用于在工业生产中完成各种工作。其能够替代人类从事各种重复、单调、繁重以及具备一定危险系数的作业，减轻工人的工作强度，提升工作效率和自动化水平。 本设计采用圆柱形坐标形式，机械手的旋转运动采用步进电机驱动，双作用气缸的运动增添辅助导向装置，增添了腰部所对应的导向性能以及刚性强度，腕部采用旋转型式的气缸以实现180旋转运动。一端增加平衡装置使整体运动平稳。末端执行器的驱动型式采用形状记忆合金，其具备相对较轻的质量、相对较小的占地体积、单位质量具备较大的恢复力，且整体结构相对较为简单、控制方便易操作，无污染。论文按照手爪、手臂、腕部，底座进行设计。涉及气动技术、理论力学、机械原理以及相关零件的机械设计等。机械手能实现整体旋转，腰部、臂部伸缩，腕部旋转及摆动五个自由度，在导师的耐心详尽的指导下，通过查阅文献，书籍，经过努力最终完成。 关键词：装配机械手；工业领域；气缸 Abstract With the rapid development of computer technology and automatic control technology,the development of robot technology is becoming faster and faster,and its intelligent level is becoming higher and higher. Robot has been used in industrial manufacturing, medical, military and other fields. It has become an integral part of modern manufacturing and high-tech research.As a main executive body of a robot , the study of robot arm has important meaning.With multiple degrees of freedom,robot arm can be used to make all kinds of work in industrial production.It can replace people engaged in all kinds of boring, repetitive, heavy or dangerous work, reduce labor intensity, improve production efficiency and automation level.At one end of the design, the balancing device is added to make the whole movement stable. End actuator drive type using shape memory alloy (SMA), with its relatively light weight, relatively smaller accommodation volume, with greater resilience and overall structure is relatively simple, control convenient and easy operation and no pollution. According to the gripper arm, wrist, base design. Pneumatic technology, theoretical mechanics, mechanical principles and related parts of the mechanical design, etc. Manipulator can achieve the overall rotation, waist, arm telescopic, wrist rotation and the swing of five degrees of freedom, under the guidance of the tutors patience detailed, through the review of the literature, books, through the efforts finally completed.Key word：Manipulator； industrial field,；cylinder目 录摘 要IIIAbstractIV1 绪 论11.1国外工业机器人的的发展21.2国内机器人的发展31.3存在问题分析及研究思路41.4课题研究的意义41.5本课题研究内容52 微型装配机械手的总体设计方案62.1 微型装配机械手的工作原理及系统组成62.2 微型装配机械手基本形式的设计82.3 驱动机构的设计92.4 微型装配机械手详细设计参数102.5 本章小结103 微型装配机械手手部结构设计及计算113.1 手部结构设计113.1.1 端执行器的要求113.2手爪的分类和设计113.3微型装配机械手的结构设计143.3.1微型装配机械手的结构143.3.2形状记忆合金的驱动特性143.4本章小结154 微型装配机械手腕部的设计164.1腕部设计的基本要求164.2 腕部的结构设计164.2.1 典型的腕部结构164.2.2 腕部结构的设计174.3 腕部的驱动力矩计算174.4 腕部工作压力的计算184.5 气压缸盖螺钉的计算194.6 动片和输出轴间的连接螺钉204.7摆动手臂结构设计214.8本章小结225 微型装配机械手手臂机构的设计235.1 手臂的设计要求235.2 伸缩气压缸的设计235.2.1 气缸主要尺寸的确定235.3 导向装置275.4 本章小结276 机械手腰部和基座结构设计及计算286.1 结构设计286.2 控制手臂上下移动的腰部气缸的设计286.2.1双作用气缸结构286.2.2 确定主要尺寸296.2.3 气缸结构设计326.3 导向装置326.4 平衡装置336.5 机身回转机构的计算336.5.1电机的选型346.6 本章小结347 结论与展望357.1结论357.2展望35参考文献36致 谢37III 第1章 绪论 1 绪 论引 言向上看的话包括太空船、航天飞行器，向下看的话包括微型机器人、航海发展，有关机器人的相关技术已经运用于世界经济发展的众多方面，正在逐渐发展为现代高科技所必备的部分之一。机械手臂又被叫做自动手臂，能仿照人的手和臂膀做出一些动作，完成一定的功能，人力物力从而能实现生产机械自动化，能保护人身的安全避免恶劣环境对人造成伤害，因此可以普遍应用在相关设计制造、冶炼金属、轻工业以及电子部件领域。机械手臂在整体上主要是由运动机构、控制系统以及手部机构所组成。手部机构对应的运动机构指的就是能够驱动机械手部进行旋转运动、各方向移动以及复杂的动作从而来实现所要求能够实现的一些功能，被放持物体所在位置以及相应的活动状态能够通过其产单独的运动形式。想要实现物体的抓取操作并能够使其在各个方向上可以自由移动，其对应的自由度大小应该等于6。机械手最关键的参数就是其所对应的自由度值。机械手的灵活程度与自由度的大小成正比，实际的应用范围也和自由度的大小成正相关，对应的设计结构亦会相对更加复杂。按照不同的驱动型式进行区分，能够将机械手归纳为机械、液压、气动以及电力驱动这几种主要的型式；按照实际使用范围的差异，能够将机械手归纳为通用以及专用这两种主要的型式；按照所行走的轨迹所需要的控制方法又可以归纳为连续型轨迹以及点位控制这两种主要的型式。机床或一些机器所使用的附加装置一般都是由机械手来完成的，比如在自动机床或生完成的。机械手能够改善冷热、疲劳等一些劳动所需要的条件，因此在锻造生产工业中也能起到非常重要的作用。1.1国外工业机器人的的发展现代机械人的起源地在美国，1961年由美国Consolided Control Corp公司以及AMF一同设计出了全世界首台用于示教再现功用的机器人。通过半个世纪的持续研究，美国在台机器人，1976年开始伴随微电子技术的迅猛发展以及不断增大的市场需要，相比人类而言劳动效率极高的机器人在工业制造生产方面获得了较为广泛的使用，现如今日本机器人的拥有量稳居全球首位，被人们誉为机器人的王国。相比于欧洲的瑞典以及英国而言，机器人进口到德国的时间足足推迟了近十年，但是因为两次世界大战所致使的劳动人口缺失以及拥有相对于其他国家更高的科学技术能力，使得机器人的发展和推广历程一帆风顺。根据德国的相关法规要求，对于那些可能接触到毒害物质以及其他危险情况的职位务必要使用机器人，其在一定程度上进一步促进了机器人产业的发展以及相关的技术研究。图1.1美国Unimate机器人在对于机器人的研究方面法国也尤为重视，依靠对相关研究的鼓励和扶持，从而逐渐创造了其所特有的科学研究体系，极大程度上促进了机器人的研究和发展。由于政府在此过程中的作用使得机器人在法国获得了广泛的使用和发展，在世界机器人领域占有一定的地位。2图1.2 美国Versatran机器人在观念上的错误认识阻碍了机器人的发展，目前正在奋起直追的道路上。1.2国内机器人的发展年代由于全球科学技术的迅猛进步，使得工业用途的机器人得到了极大的发展，基本此种社会发展大背景，从1972年左右开始我国尝试研究和制造工业用途的机器人。伴随着80年代的国家改革开放政策的逐渐落实，用于工业制造的机器人研究得到了政府的鼓励和大力支持。进入90年代以后我国用于工业制造用途的机器人得到了迅猛的发展，并初步产生了相应的集生产制造、技术研发以及维修保养为一体的基地，在一定程度上奠定了机器人相关产业的基础。但是与发达国家相比。图1.3 北京自动化研究所高压水切割机器人目前用于工业用途的机械手基本都是第一代的产品，对应的控制方式仍然通过手动进行操作，未来研究的方向集中在如何提升作业精度以及如何减少制造成本。基于第一代产品之上的第二代、第三代产品正处于研究状态，其需要具备触觉感知能力、视觉观察能力甚至像人类那些会思考的能力。1.3存在问题分析及研究思路劳动力成本的提高促使工业机器人不断进入企业，某些危险繁重单调重复劳动的场合，目前工业机器人精度不高、稳定性、寿命都不高，机械手的体型大难以完成微小工件的夹取和装配，大型机械手对工件的力作用大容易使工件损坏，因为现在的微夹钳通常是以硅为主要材料进行制造的，但是在实际的运转过程中由硅制造的部件之间会产生相对比较严重的摩擦损耗现象，为此必须定期的对其进行更换。本文在立足于实际需求的基础上，采用电动及气动两种驱动方式，双作用气缸安装导向装置，使气缸运行平稳。微型装配机械手的一端安装有用于保持平衡的装置，避免产生倾覆的不良故障。微型装配机械手采用记忆合金丝驱动，微型装配机械手的材料为弹簧钢。微型装配机械手末端安装位移传感器及力传感器，及时检测夹取的状态，安装摄像头及时捕捉机械手的工作状态以便及时采取应对措施。1.4课题研究的意义猛的发展的原因在于其可以替代人类去完成部分艰难的任务，一定程度上提升生产制造的工作效率和产品质量，与此同时完全依据制造生产的需要并严格遵守相应的要求来实现部件的传输、安装以及拆卸。以至于最终达到拥有较大自动化程度以及生产制造机械化程度的目的。1.5本课题研究内容设计以及相应的机器人技术。（2）机械手臂的机械结构详细设计 具体包含底座部分、肩关节部分、大小臂部分以及机械手部分所对应整体结构的设计选用并且画出机械手的总装图和各部件的零件图。 第2章 微型装配机械手的总体设计方案 2 微型装配机械手的总体设计方案数进行说明。2.1 微型装配机械手的工作原理及系统组成统、用于实现执行的结构和用于检测实际位置的相关设备。在相关程序对其进行控制的大前提下，选择电力传动以及气压传动的方法，以使得相应的执行部件可以完成相应的作动。对应的几个主要系统之间存在的联系如下：图2.1机械手系统关系图（1）执行机构主要的构成部件有立柱、手臂、手腕以及手部，通常情况下还会增加有用于实现行走功用的机构。a.手部式以及夹持式这两种主要结构。采用夹持式型式的手部主要由相应的传力机构以及手指组成。所谓的手指就是接触物体的对应构件，一般情况下手指的活动型式可以归纳为平移型以及回转型这两种主要的型式。回转型活动型式的手指整体结构相对比较简单，实际制造生产难度也较低，所以得到了相对较为普遍的使用。而平移型活动型式的手指在实际的应用要少得多，主要原因就在于其所对应的整体结构较为复杂，比较适用用于夹持那些直径抓取的位置以及被抓物体的质量、尺寸大小等因素所决定。相应的传力机构借助于手指所产生的夹紧力作用来实现物体的夹起和放下。b.手臂被抓取物体以及手腕、手部的支承都是借助于手臂来实现的。手臂的主要功能就是作动手指部分使其可以抓取相应的物体，同时能够按照相关指示把该物体移动至相应的位置。用于工业用途的机械手所对应的手臂部分一般情况下都是由驱动源以及相应的部件之c.立柱横向进行移动，就是所谓的可移式立柱。d.机座通常情况下机座上都安装有机械手的驱动系统以及执行机构所对应的各个部件，起到联结各部件以及支撑整体结构的功用。及液压传动这四种。（3）控制系统现代用于工业用途的机械手上对应的控制系统主要由电气定位以及程序控制系统所构成。本论文所涉及的机械手控制系统型式选用的是基于PLC程序的，其能够指示机械手按照程序所接收的指令进行运动，在需要的时候能够监视机械手的作动情况，当察觉到相应的作动出现故障或者产生错误的时候将自动报警提醒。的控制系统和程序所规定的预定位置做对比，最后依靠相应的控制系统对其位置作出相应的调节，以确保能够到达程序所预定的地方。2.2 微型装配机械手基本形式的设计用于工业用途的机械手按照坐标型式的不同一般可以归纳为以下4种。其中圆柱坐标型机械手整体结构相对比较简单，整体尺寸相对紧凑,拥有相对较高的定位准确度,整体机构所占面积相对较小。因此，本设计采用圆柱坐标型。 图2.2直角坐标型机器人 图2.3圆柱坐标型机器人 图2.4级坐标型机器人 图2.5多关节型机器人2.3 驱动机构的设计力源进行区分的话，其所对应的驱动方式共有三种方式：气动、液压以及电力驱动。（1）气动方式：驱动方式为气动驱动的机械臂一般情况下都是由空压机、气罐、气阀以及气缸构成，主要的优点在于实际工作时反应快速、整体结构相对比较简单、实际制造成本相对较低、后期维护修理较为简便等。但是缺点是很难对其速度进行相应的控制把握，气缸的气压值也不可以过大，所以实际抓取的效果相对较差，定位精度较差。（2）电驱动方式：齿轮以及螺旋传动等。（3）机械传动：在机械工程当中机械传动的应用范围较为普遍，它所对应的运动以及动力都是通过相应的机械方式进行传输的，运动以及动力的传输能够借助部件间所互相作用的摩擦力矩来臂的伸缩移动主要是通过双作用气缸驱动来完成的；手腕用旋转气缸驱动实现旋转运动，直流电机实现摆动，底座旋转使用步进电机带动轴旋转实现。2.4 微型装配机械手详细设计参数2.5 本章小结机械手的坐标型式选择为圆柱型式，驱动方式采用电动及气动两种方式。 第3章 微型装配机械手手部结构设计及计算 3 微型装配机械手手部结构设计及计算引 言本章主要对微型装配机械手的手部机构进行设计，通过对比各种微型机械手的驱动方式，决定采用形状记忆合金丝作为驱动的媒介。结构简单、灵活多变、成本低。3.1 手部结构设计所组成。本论文采用记忆合金对应的形状变化功能带动手部夹取。3.1.1 端执行器的要求持力以及相应的位置准确度。（2）应该确保末端执行器所对应的整体结构相对较为简单，整体结构尺寸相对较为紧凑、整体质量相对较小，从而使得最大程度上降低机械手臂所承受的载荷。3.2手爪的分类和设计（1）电磁力驱动微型夹钳12图3.1 电磁驱动微夹钳（2）吸附式微型夹钳a.真空吸附式微型夹钳通过真空发生器所生成的真空负压来完成对相应微型部件的拾取，释放则通过控制吸管内部的正压来实现。现在其主要应用在那些需要对易碎物件进行拾取的场合,但是对所拾取（3）电力吸附性微夹钳图3.2 水下冰冻微夹钳132 图3.3 带有压电驱动的微型夹钳照片（4）机械式微型夹钳图3.4 形状记忆微夹钳（5）静电力驱动微型夹钳图3.5所示的夹持器整体结构主要是多晶硅，其所对应的厚度大小等于2um，长度的172图3.5 静电力驱动微夹钳3.3微型装配机械手的结构设计3.3.1微型装配机械手的结构依靠形状记忆合金材料实现驱动功用的微型机械手整体结构示意图3.1如下。机械手的驱动是通过两根相互连接的形状记忆合金丝来实现的，合金丝在接线柱通有电流的情况下会产生电流，此时合金丝温度上升并产生收缩变短的现象，进而带动基体形状记忆合金顶端部向下移动。当断电的时候将由于弹性的作用使得两个手指之间相互张开，由于手指以及基体的制作材料都是弹簧钢，使两个手指能够实现合拢以夹持物体。图3.1 微型装配机械手手部结构图3.3.2形状记忆合金的驱动特性使用形状记忆合金材料来实现对机械手的驱动,具有整体体积相对较小、整体质量相对较轻、单位质量对应的恢复力相对较大等优点，同时整体结构相对较为简单、实际工作时也比较容易控制把握。相比于其他的驱动型式，具备相对较快的执行速度、相对较大的变形以及相对较大的拉伸强度等优势。表3.2 各种驱动方式比较执行器能量密度（J/cm3）最大变形率（%）最大力密度（MPa）执行时间（s）动力源气动0.20.8压缩空气压电晶体0.230电压静电0.40.1电流形状记忆10.431500.1-1电流根据上述图表不难得出TiNi合金材料对应有最大的拉伸强度,实际工作时的使用寿命、变形率以及在发生热变形时所允许的许用应力值也最大，本设计的机械手所对应的驱动材料选择直径等于0.5mm的TiNi合金丝。表3.3常用的形状记忆合金性能比较TiNiCuZnAlCuAlNi电导率（S/m）1-1.58-137-9最高接通温度（）120120170抗拉强度（N/mm2)1500400-700700-800最大变形率（%）511.2可过热度（）400160300最多循环次数10000010000010003.4本章小结状记忆合金丝的原因。并对其夹紧力进行介绍。 第4章 微型装配机械手腕部的设计 4 微型装配机械手腕部的设计引 言 4.1腕部设计的基本要求(1)力求结构紧凑、重量轻部来负荷。因此臀部整体结构的设计、实际工作时的作动性能及整体质量受腕部所对应(2)结构考虑，合理布局用，不仅需要确保对于运动以及力的相关需要，还要具备一定大小的刚度和强度，除此之(3) 必须考虑工作条件4.2 腕部的结构设计4.2.1 典型的腕部结构度。 4.2.2 腕部结构的设计4.3 腕部的驱动力矩计算：启动过程所转过的角度。手腕回转时对应的总阻力矩是上述阻力大小的和值，即： （4.4） 设夹取工件长度15mm，长度18mm，重量50g，当手部回转时，将手爪、回转气压缸等效为一个圆柱体，长为200mm，半径为40mm，其重力G，启动过程所转过的角度=0.314rad，等速转动角速度 (4.5） 因为工件夹持在手抓中间位置，所以工件的重心位置与手腕的回转轴线之间垂直的距离为0，=0 （4.6）查取转动惯量公式有：代入： 4.4 腕部工作压力的计算设定腕部的部分尺寸：根据表4.1设缸体对应的内半径R=26mm，考虑到实际装配问题后，缸体的外径取100mm；动片宽度b=30mm，输出轴r=12mm。表4.1 气压缸的内径系列 （mm）25324055636575808595100105125130140180200250由于实际气压缸产生的驱动力矩要比总的阻力矩值大，所以回转缸所对应的工作压力， P=0.5Mpa。4.5 气压缸盖螺钉的计算图4.1 缸盖螺钉间距示意图缸盖螺钉的计算，如图4.1所示，t为螺钉的间距，间距跟工作压强有关，查得：其中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力 （4.7） 为工作载荷；为预紧力。， Z=4 。 （4.8） （ ） 螺钉材料为Q235，（） =0.0023m （4.9） d=6mm。 4.6 动片和输出轴间的连接螺钉动片和输出轴间的连接螺钉,连接螺钉一般为偶数，对称安装，并用两个定位销定位。连接螺钉的作用：使动片和输出轴之间的配合紧密。 （4.10） （4.11）强度条件： （4.12）带入得：20（） 选择d=4mm，选择M4的开槽盘头螺钉。4.7摆动手臂结构设计机械臂工作时，越往后面的关节所承受的转矩越小，但是后面关节质量的增加对前面关节扭矩增加的影响却更为明显。因此在设计小臂时要在符合工作强度的条件下尽可能的降低其质量。机械臂小臂部分运动较多，所以合理的结构布置对机械臂的性能有至关重要的影响。机械臂在运动的时候，小臂所受的力也是由两部分构成，第一部分是机械臂的自身载荷对小臂的作用力,第二部分是机械臂运动时所产生的惯性力对小臂的作用力。小臂的整体结选用截面形状相对较小、具备较高强度以及较轻材质的制造材料，减轻自重；减小驱动装置所承受的负重，提升手臂实际运转时所对应的响应速度；提高运动的准确性和运动刚度。 摆动臂机械手电机选用维科特SST43D204X混合式步进电机，对应参数有：步距角1.8，两相；保持转矩0.42 Nm； 额定电流0.57A； 尺寸40x42x42mm(长宽高)，重量0.29 kg。214.8本章小结本章对机械手腕部的结构进行了选择，并且计算了机械手手腕的工作压力，确定了气压缸盖螺钉的数量为4个。362 第5章 微型装配机械手手臂机构的设计 5 微型装配机械手手臂机构的设计引 言本章主要对装配机械手的臂部结构进行设计，采用双作用气缸进行伸缩，并采用平衡装置使气缸运行平稳。5.1 手臂的设计要求机械手手臂要符合负载大，自身较轻，来降低负载。并且这样运动速度较高，运动惯性较小。机械手的手臂活动要灵活，这样才能满足工作要求。要保证工作质量，所以位置精度要高。5.2 伸缩气压缸的设计5.2.1 气缸主要尺寸的确定（1）气缸内径和活塞杆直径的确定工作的频率也相对较低，此时对应的载荷率有。得 。（2）缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受由压缩空气所施加的压力，所以务必要保证具备一定大小的厚度。通常情况下气缸的缸筒壁厚和其内径的比值不大于1/10，对应的壁厚有: 伸缩气缸缸筒材料为:铝合金ZL1060, =3MPa代入 得 取， 。（3）手部活塞杆行程长确定按设计要求，X轴小臂伸缩距离为10cm，即100mm。为避免缸壁和活塞之间产生碰撞不良，故活塞行程需要留有一定的余量。故行程查有关手册圆整为。（4）活塞杆稳定性的计算：当活塞杆长度的时候，通常情况下都是根据压杆稳定性来对活塞杆的直径大小进行计算。当气缸所承受的轴向负载达到极限值的时候，任意大小的外力干扰作用都可能导致活塞杆产生弯曲不良从而产生不稳定，最终致使气缸不可以实现正常的运转。活塞杆稳定性条件是： （5.3）2 25 第6章 机械手腰部和基座结构设计及计算 25.3 导向装置气压驱动型式的机械手臂在手臂整体机构的设计过程中选择导向装置。通常情况下是按照整体的结构以及所抓取物件的质量来对实际安装的型式进行选择，在整体结构的布局的惯量大小。本论文所设计的手臂导向装置选择单导向杆，用以改善手臂所对应的导向性能以及刚性强度。5.4 本章小结276 机械手腰部和基座结构设计及计算引 言本章主要对装配机械手基座进行设计，采用伺服电机进行360旋转，同时腰部仍然用双作用气缸进行伸缩，并设计了平衡装置。6.1 结构设计图6.1 横梁的结构设计6.2 控制手臂上下移动的腰部气缸的设计6.2.1双作用气缸结构1、缸筒内表面所对应的表面粗糙度值必须达到Ra0.8mm。2.端盖：端盖上配备有排气以及进气的通口。在杆侧端盖上一般都配备用来避免产生漏气不良以及阻止灰尘进到气缸内部的防尘圈以及密封圈。在杆侧端盖上一般都配备有增加气缸导向准确性能、负载一定大小横向荷重以及延长气缸实际工作寿命的导向套。为了减小端盖的质量以及避免产生锈迹通常选择铝合金压铸。 283.活塞活塞是气缸中的受压力零件。为避免活塞的左腔与右腔之间产生窜气导致不良，一般能，并能够减少密封圈所产生的摩擦损耗。活塞对应的宽度值取决于滑动部分所对应的长度以及密封圈所对应的尺寸值。如果滑动的长短过短则容易产生卡壳以及摩擦损耗的现象。一般情况下活塞的制造材料都选择为铸铁或者铝合金。4.活塞杆活塞杆一般情况下都是通过使用高碳钢或者不锈钢材料以避免产生腐蚀不良，与此同时需要增加密封圈所对应的耐磨性能。5.密封圈6.2.2 确定主要尺寸较快的时候取极小值，当速度较慢的时候取极大值。如果气缸的参数比较普通，实际工作的效率也相对较低，所以载荷率的取值为。得 。（2）缸筒壁厚和外径的设计缸筒的壁厚大小和内径大小的壁纸不大于1/10，壁厚的大小有： 29系数，对钢取；31图6.1 双作用气缸6.2.3 气缸结构设计（1）缸筒和缸盖的连接查阅机械设计手册，选择拉杆式螺栓连接。该结构简单，易于加工，易于装卸。（2）活塞杆与活塞的连接结构活塞杆和活塞之间常用的连接形式分为组合以及整体这两种主要的结构。组合式结构又分为锥销、半环以及螺纹这三种主要的连接型式。该气缸选择螺纹连接，整体结构相对较为简单，装卸便捷，应用较多。（3）密封气缸密封性能的优劣在很大程度上会对气缸的使用性能以及工作使用寿命产生影响，因此如何准确的选择、设计以及使用相应的密封装置，对于确保气缸能够正常运转至关重要不可或缺。采用O型密封圈。实际运转平稳可靠，对应的静摩擦因素也相对较大，活塞的整体结构较为简易，因此得到了较为广泛的普遍使用。（4）气缸的安装连接结构根据安装位置和工作要求不同可有法兰式、脚架式、支座式、铰轴式。由于结构需要，该气缸用法兰式安装连接。6.3 导向装置由气压驱动的机械手臂在向上、向下往复移动的时候，为了避免产生手臂围绕轴线旋转运动，用来确保手指的指向准确无误，同时使得对应的活塞杆承受相对较小的弯曲力矩，用来提升手臂对应的刚性强度，所以在对手臂整体结构进行设计的时候，一般都需要选择导向装置。实际安装的具体型式应该按照所设计的整体结构以及被抓取物件的整体质量来决定，除此之外在整体结构的布局以及设计上需要尽可能的降低运转部件的质量以及降低对回转中心所产生的惯量大小。本论文中为提升导向性能以及腰部对应的刚性强度，故选择双导向杆。图6.2 导向杆的结构设计6.4 平衡装置6.5 机身回转机构的计算对于本设计机械臂对应底座部分的设计要考虑的内容有：首先，要有相对较大的安装基面，用来确保机械臂在实际工作时能够具备一定大小的稳定性能；其次，由于底座承受机械臂的全部重量和工作载荷，应保证足够的强度、刚度和承载能力；此外，底座轴系和传动链的刚度以及强度对末端执行器实际运转的准确度影响也相对较大。图6.2 基座因为通常电机对应的转速比较高、输出力矩也相对较小，但是在实际应用中一般需要大力矩、低转速的输入驱动力。此外，由于底座需要带动机械臂其余上部结构的转动，因此底座的电机功率应选的较大，同时保证足够的转矩。6.5.1电机的选型底座和机械手腰部重量为8kg，大臂重量5kg，小臂重量3kg，腕关节重量1kg，末端手爪重量为1kg，末端负载为50g。T1=（8+5+3+1+1+0.6）9.8L1=82.94（Nm）其中L1=450mm,代表的是机械手轴线到机械手轴线之间的长度。底座电机输出转矩：T1=6.91（Nm）。根据以上的计算进行小型平行四边形机械臂的电机的选取，本机械臂选取三拓70KTYZ减速同步电机，该电机规格参数为：电压AC220V（50Hz），输入功率小于20W，额定转速15r/min，输出扭矩7，重量1.1Kg。应此电机的额定功率大小符合工作要求。6.6 本章小结7 结论与展望7.1结论微小型产品的体积小，形状复杂，且容易损坏，但是成本相对较低，所以市场前景不错。由于体积小，导致微小型产品的组装要求较为严格，而人工组装的话，不可控因素较多，其取决于组装工具的精度等和工人水平。本论文设计了五自由度装配机械手，选择形状记忆合金丝来实现驱动夹紧。可以实现对微小型零件的夹取、搬运以及释放功能。通过这次毕业设计，让我对微型装配机械手有了新的认识，不但对自己的知识进行了巩固温习，而且让我们知道了实践的重要，更重要的是认识到了团队的力量是无穷的。7.2展望 1.本论文没有对应力及各个影响因素进行进一步的研究。下一步可通过实验对各应力进行实验研究。 2.随着科技的发达，对零件的需求多样性，靠这一种夹钳完成微小型零件的夹取已经是不可能的
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