【《基于立体视觉上下料机械臂工作站的末端执行器机械手和工件的选择总装图设计》2700字（论文）】

基于立体视觉上下料机械臂工作站的末端执行器机械手和工件的选择总装图设计目录TOC\o"1-3"\h\u3337基于立体视觉上下料机械臂工作站的末端执行器机械手和工件的选择总装图设计 1146601末端执行器机械手和工件的选择 1202371.1机械手手爪结构的设计分析 1298741.2机械手设计方案的运行 2275101.3机械手手臂部分的运动计算 214851（1）速度的计算 214331（2）转动惯量的计算 315013（3）转矩的计算 4206441.4工件的选择 5147551.5本章小结 5120062抓取机械手的总装图设计 7273392.1运动平台的三维实体建模 77872（1）抓取机械手底座的确定 723527（2）机械手爪框架的确定 7106392.2抓取机械手整体结构的装配 81末端执行器机械手和工件的选择1.1机械手手爪结构的设计分析根据不同的使用场景，需要不同的工作机械手手爪，因此手爪的类型较多，主要的目的是用来加持工件、搬运货物以及测量等，根据应用场景的不同，可以将机械手末端的手爪分为三大类：测量式、加工式和搬运式。对于搬运式机械手手爪，可以用于移动和抓取物体，能够抓取不同大小的多种物体；加工式机械手手爪，可以应用于加工工作，常见的是机床刀具、焊枪等加工工具；测量式机械手手爪，可以实现对作业的检查和测定，机械手末端夹持具有测量功能的检测工具，如传感器等。对机械手末端的手爪进行设计，需要符合下列设计要求：第一，按照机械手工作的具体要求和用途，设计和开发机械手末端的手爪；第二，机械中，专用性与全能性之间是对立关系，对于机械手爪的设计同样实用。万能型的机械手爪的结构十分复杂的，甚至会出现结构之间的干涉以及末端负载的要求，机械手爪无法正常使用。根据工业的实际应用，重点应当是研究和设计各种有效的专用机械手手爪，以保证所有工作性能的实现和完整性。机械手的应用是基于重复工作考虑，不适用于不同场景下的工作，因此，本次设计的机械手末端的手爪是专用型，在设计过程中需要考虑如何设计实用性强的机械手爪。第三,实现机械手爪的通用性。机械手爪通用性主要表现在通过更换机械手末端的手爪类型，实现可以适应多种工作环境，因此需要将末端的机械接口设计成一个统一标准，应用于不同的手爪类型。我还在末端执行器的夹具部分添加橡胶皮套，以防止夹具在夹取工件过程中被工件损害。机械手末端执行器的装配图见下图4-1，图4-1末端执行器装配图1.2机械手设计方案的运行由于机械手工作过程中多用于点对点的运动，并考虑到机械手需要一定的刚性以及稳定性。因此，应根据液压缸的直接驱动，选择液压驱动方式，该液压缸是驱动件，也是执行件，此外，在机械手爪的机构设计中，能够避免执行部件的结构设计。因为液压缸在运行过程中是直线的，所以很容易通过液压油或气体等介质的量控制液压缸的形成，方便计算机的管理和控制。此外，由于机械手操作和控制方面的某些要求，在机械手操作过程中，应需要将结构控制到一定大小，结构太大不利于工作，因此需要通过增加液压缸的直径来提高机械手臂的刚度，以此实现系统刚度的一些要求[12]。1.3机械手手臂部分的运动计算（1）速度的计算电动机转速: n=Øb×f/360×60 (1.1)式中：Øb——步进电机的步距角；F——脉冲频率（脉冲/秒)。将Øb=1.8，f=200代入式（1.1）得n=1.8×200/360×60=60r/min=1r/s丝杠螺距: TSP=S×δ (1.2) S=360/Øb (1.3)式中：S——每转脉冲数；Δ——脉冲当量（mm)。TSP取10mmδ取0.05mmS=360/1.8=200脉冲/转 f×n=S (1.4)f×1转/秒=200脉冲/秒f=200脉冲/秒工作台运动速度: V=n×S (1.5)V=60r/min×10mm=600mm/min=10mm/sX轴驱动器有效行程为S1=100mm其中分为先匀加速S11，再匀速S21，再匀减速S31直到停止 S1=S11+S21+S31 (1.6)设S11，S31均为20mm有匀加速公式: V²=2×a×S (1.7)将V=10mm/s，S=20mm代入式（1.7）得a=2.5mm/(s²)。加速时间t1=减速时间t3=V/a=10mm/s/a=2.5mm/(s²)=4s匀速时间t2=S21/V=60mm/(10mm/s)=6s运动总时间t=t1+t2+t3=4s+6s+4s=14s步进电机旋转的角速度: ѡ=2×π×n (1.8)将π=3.14，n=1r/s代入式（1.8）得ѡ=2×3.14×1r/s=6.28rad/s步进电机旋转的角加速度 ɛ=ѡ/t (1.9)将角速度w=6.28rad/s，t=4s代入式（1.9）ɛ=（6.28rad/s)/4s=1.57rad/(s²)（2）转动惯量的计算滚珠丝杠的惯性矩: J=π×(d^4)×L×ρ/32 (1.10)X轴滚珠丝杠的长度=200-2-3-3-4=188mmX轴滚珠丝杠的惯性矩J11=3.14×（1cm)^4×18.8cm×[7.8g/(cm³)]/32=11.39g×(cm²)Y轴与Z轴滚珠丝杠的长度=150-2-3-3-4=138mmY轴与Z轴滚珠丝杠的惯性矩J21=J31=3.14×（1cm)^4×13.8cm×[7.8g/(cm³)]/32=10.56g.cm²驱动器上每个工作台的体积为68.34（cm³)工作台的质量M=ρ×v=7.8g/(cm³)×68.34（cm³)=533.05g将工作台质量转换成丝杠的转动惯量 J=[V/(2×π×n)]²×M (1.11)式中：V——工作台移动速度。J2={1cm/s/[2×3.14×(1r/s)]}²×533.05g=13.52g.cm²设滚珠丝杠的传动效率为η1=0.8联轴器的传动效率为η2=0.75J2折算到电机轴上的惯量 J3=J2/(η1×η2) (1.12)=13.52/(0.8×0.75)=22.53g×(cm²)J11折算到电机轴上的惯量 J4=J11/η2 (1.13)J4=11.39/0.75=19.19g×(cm²)J21=J31转换成电机轴的惯量 J5=（J21或J31)/η2 (1.14)J5=10.56/0.75=11.08g.cm²各轴电机的惯量Jm=7.89g.(cm²)结论：X轴电机轴上的总惯量Jx=J3+J4+Jm=22.53+19.19+7.89=49.61g.cm²Y轴电机轴上的总惯量Jy=J3+J5+Jm=22.53+11.08+7.89=41.5g.cm²Z轴电机轴上的总惯量Jz=Jy=41.5g.cm²（3）转矩的计算X轴摩擦力转换到电机轴上的当量转矩Tux为 Tux=Fx×V/n=180×M×g×u×δ/(π×Øb×η1×η2) (1.15)式中：Fx——X轴摩擦力；V——X轴工作台移动速度。Tux=180×(0.533kg)×9.8×0.15×（0.05mm)/(3.14×1.8×0.8×0.75)=2.08N·mm=0.208N·cm同理Y,Z轴摩擦力转换到电机轴上的当量转矩Tuy,Tuz为Tuy=Tuz=Tux=0.208N·cmX轴电机启动加速力矩 Max=Jx×ɛ (1.16)Max=0.0496kg×(cm²)×1.57rad/(s²)=0.078N·cm同理Y,Z轴上的电机启动加速力矩May=Maz=Jy×ɛ=0.0445kg×(cm²)×1.57rad/(s²)=0.07N·cm结论：X轴上的转矩Tx=Tux+Max=0.208+0.078=0.286N·cmY轴上的转矩Ty=Tuy+May=0.208+0.07=0.278N·cmZ轴上的转矩Tz=Tuz+May=0.208+0.07=0.278N·cm[11][11]1.4工件的选择空心圆柱尺寸为5×5×（10—8）×3.14=157（cm³)空心圆柱质量=M=ρ×v=7.8g/(cm³)×157（cm³)=1221.6g空心圆柱方块重量=M×g=1.2246×9.8=12N空心圆柱具体参数见下图4-3：图4-3小方块数据图1.5本章小结这章主要介绍了末端执行器的选择和机械臂部分的运动计算，为之后的仿真程序做准备。2抓取机械手的总装图设计2.1运动平台的三维实体建模抓取机械手底座的确定结合Solidworks实体建模的模块，一一对机械臂底座、机械臂、抓手以及传送带进行造型，从而组装起来形成工作站。在两块底座围板的设计装配过程中，将整个底座连成一体，然后用螺栓固定，以保证机械臂和底座的稳定性。抓取机械手底座框架图如图5-1所示图5-1抓取机械手的底座框架机械手爪框架的确定在之前的对相关零件进行计算基础上，在这一部分中，首先使用三维软件实体设计工作软件，完成了螺母、挡板、螺钉、销钉以及滑块等部件建模，进而逐一组装起来，最后的机械手爪三维图成果如图5-2所示图5-2机械手爪三维图2.2抓取机械手整体结构的装配完成全部零部件的三维建模之后，下一步对其进行虚拟装配，然而为了提升设计效率，则应该按照科学有效的理念来进行；综述而得，对于Solidworks来说，适宜采取自顶向下的装配方式，从而方可有序且快速地完成抓取机械手工作站的组装。与此同时，由于整个设备的零配件数目太多，因而会容易导致顺序紊乱，于是通常可将已经安置好的部件进行固定，对于相同部件可采取阵列或者镜