【《某助老机械手的总体方案设计》2300字】

某助老机械手的总体方案设计目录TOC\o"1-3"\h\u2432某助老机械手的总体方案设计 -1-42341.1机械手设计要求 -1-62091.2机械手驱动器选择 -1-33371.3欠驱动方式 -2-91101.3.1欠驱动方式简介 -2-305141.3.2欠驱动方式选择 -2-53191.4机械手夹持方案设计 -3-62001.4.1手指数和指节数的确定 -3-186931.4.2手指的限位机构 -4-220641.4.3机械手指定位机构 -4-机械手设计要求通过广泛的查阅文献，在充分分析国内外的研究现状的基础上，本机械手采取欠驱动方式，为满足老人日常生活中的需求，本机械手要求能稳定抓取球类物体、抓取水瓶类瓶状物体，并具有一定的自适应性，拟定最大抓取物体为直径100mm的圆球，最小抓取物体为直径10mm的空心圆柱形吸管，抓取物体重量为4kg。在保证功能性的同时，尽可能缩小机械手尺寸，并使其结构简单，造价低廉。本机械手主要由驱动系统、传动系统、机械手夹持本体、机架等部分构成。驱动系统为机械手提供动力；传动系统即为欠驱动系统，将驱动系统的运动和动力传递到夹持机构即机械手的手指，让手指完成预定的运动，完成对物品的抓握；机架的作用则是为机械手提供安装基础，机械手所有零件、部件都按一定的方式安装在机架上。机械手驱动器选择机械手的常用驱动器有很多种，常用动力源有电动机、液压驱动和气动等。在工厂的大规模生产中，机械手一般采用气动，气动的成本比液压低，功率也比较大，可以满足工厂中需要用机械手来抓取一些质量大体积大的零件的功率要求，但是由于气动精度没有液压好，承重能力也没有液压好，所以在一些需要较高生产精度的重型工厂会用液压驱动，而电机驱动在重型工厂中并不常见，但是在产品较小，精度要求较高的流水线工厂中比较常见，电机驱动方便实现电控，并且电机精度比较高，虽然电机驱动的驱动能力没有液压驱动强，但是对于抓取小型物体的机械手没有什么问题。同样本设计也具有需要方便控制的特点，所以本设计采用电机驱动，并且本设计不需要抓取重型物品，电机的驱动力完全足够。欠驱动方式欠驱动方式简介欠驱动是指在驱动器的数量小于机构自由度时的驱动方式，这种驱动方式下不能像全驱动方式下的机构有固定的运行轨迹和运行方式，但欠驱动结构在做无规则运动时会追寻最小阻力定律，所以只要控制好各个运动副之间的阻力，就可以得到一个相对固定的运动轨迹，这样就可以在保证功能性的同时，简化了机构，并且增加了机构的灵巧性和自适应性。欠驱动方式选择根据所查阅的文献资料，目前欠驱动机械手中每个手指常用的传递运动、动力的方式，我将其归纳综合分为三类：（1）第一类为连杆类欠驱动，由连杆机构的基本运动原理实现，一般情况下为六杆机构，连杆的欠驱动方式与全驱连杆机械臂的设计结构基本相似，特点是运动路线较为固定，结构较为复杂；（2）第二类是齿轮欠驱机械手，由行星齿轮运动原理，当系统中某一行星架停止运动时其他齿轮能继续运动的特点实现欠驱动，这种机械手结构更为复杂，但负载能力大，运动较慢；（3）第三类为柔性材料驱动的欠驱动手，一般柔性材料为皮带、同步带、柔性绳，较大的机构还可用链传动，这种欠驱动方式优点是结构简单，反应较为迅速，同时机械手的包裹性好，能抓取复杂物体，但是该机构负载能力并不强，同时由于柔性材料都会因为长时间使用之后会产生不可逆形变导致机构运动变形，并不适用于对精密物体抓取的机械手中。三种欠驱动方式各有优缺点及适用的工作场合，由于本设计的宗旨是为老年人提供居家服务，所抓持的物品外形相对较规则、重量较轻，因此需要具有负载不大，并且由于日常生活中物品材质复杂，需要良好的物品包裹性和自适应性，所以本设计将采用第三种，即用柔性材料驱动方式，采用滑轮组和柔性绳索为传动工具，这样可以贴近人手尺寸，节省空间。机械手夹持方案设计机械手夹持机构是机械手最后的工作机构，是机械手的执行器，直接与物品接触。夹持机构方案的设计主要是确定手指数和指节数。手指数和指节数的确定机械手在工厂中大部分都是为了夹持固定形状的物体所设计，所以大部分工厂所用的机械手都是两指的机械手。而人的手都为五指，这种结构对于机械手来说是最稳定的，但是由于五指机构过于复杂，不适合作为本机械手的设计。四指机构更适用于夹取管状重物，四指能更好的平衡物体，并且四根手指能提供更强大的夹紧力。三指机构结构轻便，抓取功能性多，能在夹取时适用于多种形状，有三点支撑，夹取时也保持稳定，但是该机构不能夹取大重量物体。由于本设计主旨是为了帮助老人，所以选取适用范围广，夹取稳定的三指结构。图STYLEREF1\s图STYLEREF1\s2.SEQ图\*ARABIC\s11手指运送简图图STYLEREF1\s图STYLEREF1\s2.SEQ图\*ARABIC\s12手指摆放演示手指的限位机构当驱动器数量小于机构的自由度数时，会出现不确定的运动性。本机械手为欠驱动方式，为了确保在运动过程中能过按预先设定的路径稳定抓握物体，通过在手指关节中安装弹簧实现无动力关节对被抓取形状的自适应。机械手指定位机构在电机工作工程中，柔性绳会不断收缩，当机械手夹住物体的时候，为防止发生破坏性夹取，需电机停止工作，但由于手指关节间存在扭簧，电机停止工作时手指因失去柔性绳上的驱动力发生回弹，这时为防止手指回弹保持手指具有夹取能级，必须要有一个由止动机构保证手指不会回弹。我们日常生活中最常见的防止回弹的自锁机构是棘轮，但是由于