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多指机器人灵巧手原理结构设计
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2615 多指机器人灵巧手原理结构设计,2615,多指机器人灵巧手原理结构设计,机器人,灵巧,原理,结构设计
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XXXX毕业设计说明书题 目： 多指机器人灵巧手原理结构设计 学 院： XXXX 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： XXXX 姓 名： XXXX 指导教师： XXXX 完成日期： 2012年5月28日 XXXX毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 多指机器人灵巧手原理结构设计 学号： XXXX 姓名： XXXX 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 系主任： 一、主要内容及基本要求 1、了解灵巧手传动机构传动原理； 2、完成灵巧手原理结构设计，使得其能完成一些基本自由度的活动； 3、用AutoCAD完成灵巧手零件图和装配图，图纸总大小至少有2张A0图纸大。 4、外文文献3000字左右外加翻译。 二、重点研究的问题 1、灵巧手原理结构设计，主要是其传动机构的设计； 2、 实现手指的联动问题。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料第一周2整体方案构思第二周3画零件图第三周至第八周4画装配图第九周至第十一周5编写设计说明书第十二周至十四周6准备答辩第十五周四、应收集的资料及主要参考文献 1、张文增，陈强，孙振国拟人机器人手的设计与实现 J机械工程学报，2005，4l(5)：123-126. 2、王国庆，李大寨，钱锡康，等. 新型三指灵巧机械手的研究J. 机械工程学报， 1997，33(3)：71-75. 3、王国庆，李大寨，钱锡康，等.新型三指灵巧机械手的研究J.机械工程学报, 1997，33(3)：71-75. 4、罗建国, 何茂艳, 薛钟霄, 黄真灵巧手研究现状及挑战J.华北科技学院,2009，(10)4-8. 5、张立彬,杨庆华, 胥芳,等. 机器人多指灵巧手及其驱动系统研究的现状 J .农业工程 学报. 2004, 20( 3) : 271275. 6、兰天，刘伊威，陈养彬，金明河，樊绍巍，刘宏 ；模块化嵌入式五指机器人灵巧 手手指控制系统J吉林大学学报（工学版），2010，40（2）：517-522 . 7、高国富，谢少荣，罗均编著.机器人传感器及其应用M.北京；化学出版社，2005.7 XXXX毕业论文（设计）评阅表学号 XXXX 姓名 XXXX 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 多指机器人灵巧手原理结构设计 评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价论文选题基本符合培养目标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训练的目的。该生能在设计中运用所学知识，设计方案基本可行，工作量尚可，论文质量基本符合本科生毕业设计要求。同意参加答辩。评阅人： 年 月 日 XXXX 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： XXXX 姓名： XXXX 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 28 页 图 表 16 张论文（设计）题目： 多指机器人灵巧手原理结构设计 内容提要：随着信息技术的飞速发展，自动化成为21世纪制造业发展的重要趋势。机器人已成为人类研究的热点，而机器人末端手也成为热点之一。本设计设计了多指机器人灵巧手原理结构设计，实现对多个关节的控制，完成一些基本自由度的活动，使得灵巧手能够代替人手完成一些基本操作。指导教师评语XXXX同学在毕业设计期间不够积极主动，设计方案和设计图纸方面缺少和指导老师的沟通，表现较差。采用AutoCAD软件对设计的基本原理结构进行设计与绘图。同意答辩，推荐毕业设计成绩为“及格”。指导教师： 年 月 日答辩简要情况及评语 答辩材料提交完整，回答问题有错误，基本知识和技能掌握一般。工作量一般，说明书、图纸有较多错误，须进行修改完善。请指导老师把关， 通过答辩，成绩为“及格”。答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 同意答辩组意见，成绩评定：“及格”。答辩委员会主任： 年 月 日 目录第一章绪论11.1课题来源11.2机器手的定义11.3研究此课题的目的及意义21.4国外研究状况31.5国内研究状况5本章小结8第二章多指机器人灵巧手原理结构设计9第三章硬件的原理及选择11第四章总结及展望15参考文献16致谢18附录 19摘 要随着信息技术的飞速发展，自动化成为21世纪制造业发展的重要趋势。机器人已成为人类研究的热点，而机器人末端手也成为热点之一。本文重点介绍了仿人灵巧手的发展，及国内外近二十年来的典型仿人灵巧手的结构和特点。对四指仿人灵巧手的结构的选取以及在制作过程中出现的问题的解决办法的说明，为深入研究该灵巧手的机构提供了理论依据。研究了仿人灵巧手串口通信控制系统的实现模式，制定了控制系统总体方案。设计了仿人灵巧手硬件控制系统，由于使用mini USB32路舵机控制器，使得控制程序的编制效率大为提搞，详细阐述了下位机控制系统硬件和软件设计过程。实现了对灵巧手手各关节的控制。最后，对本文的工作做了总结，指出了工作的成果及意义，并对今后的进一步工作进行了展望。关键词： 四肢灵巧手;结构选取;串口通信AbstractWith the rapid development of information technology, automation to become a 21st century manufacturing development important trends. Robot has become a human research hot spot, and robot end has become one of the hotspots - hand. This paper introduces the development of humanoid dextrous hand at home and abroad, and the typical nearly two decades of humanoid dextrous hand structure and features. For four refers to the structure of humanoid dextrous hand in making the selection and appeared in the process of a solution to the problem of instructions, for further research on expeimental results provide theoretical basis for the institution. Research the humanoid dextrous hand serial interface communication control system realization model, the control system overall scheme formulated. Design the humanoid dextrous hand hardware control system, by using SSC - 32 servo motor controller, making control programming efficiency greatly is mention make, illustrates the next place machine control system hardware and software design process. Realize the dexterous hand hand of each joint control. Finally, for the work of this paper summarizes the achievements, points out the work and significance, and the further work for the future was prospected.Keywords:Limb dexterous hand,Structure selection ,Serial communication29第一章.绪论1.1 课题的来源20世纪以来，随着高新技术的发展，机器人成为迅速发展起来的多门学科与高新技术密切结合的机电一体化产品。仿人形机器人成为研究人员的热点。人类与动物相比，除了拥有理性的思维能力、准确的语言表达能力外，还拥有一双使人类骄傲的灵巧的手。正因如此，让机器人也拥有一双灵巧的手成了许多科研人员的目标，对多只灵巧手的智能抓持，位置协调控制的研究也成为是机器人学研究的热点之一。1.2 机器手的定义能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或数字信号处理系统等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。机械手大多是做成多关节的。因为多关节的优点是:动作灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作.随着生产的需要，对多关节手的灵活性，定位精度及作业空间等提出越来越高的要求。多关节手也突破了传统的概念，其关节数量可以从三个到十几个甚至更多，其外形也不局限于象人的手臂，而根据不同的场合有所变化，多关节手的优良性能是单关节手所不能比拟的。1.3 研究此课题目的及意义1.3.1 以提高生产过程中的自动化程度应用仿人机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。为了代替人类在某些苛刻的场合从事生产，或用于流水作业，以机械手往复的工作，节约人的体力。由于机械手在生活中的大量运用，使得人类的生产率有了大幅的提高，同时也改善了我们的工作环境。让人类的生活变得越来越智能化。1.3.2 以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用仿人机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以仿人机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。1.3.3 可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用仿人机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用仿人机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前很少应用机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用仿人机械手，是发展机械工业的必然趋势1.4 国外的研究状况机械手是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。由于仿人灵巧手的迅速发展仿人灵巧手的研究已经成为机器人领域的一个重要发展方向，随着应用领域的不断发展，相继诞生了一些具有代表性的灵巧手，如NASA手2、Gifu手3、UB手4及DLR灵巧手5-6等。 NASA手（如图1-1）有一个用于安装电动机和电路板的前臂、一个手腕和5个手指组成，共14个自由度。该手在外形和尺寸上与人手相似，且有冗余关节，在机器人领域得到了一致的认同，但在关键部件均置于前臂内、通过腱传动的结构方案，不利于臂手系统的集成和灵巧手的维护与维修。图 1-1 NASA手Gifu大学于2002年研制了Gifu II手（如图1-1），有5个手指、16个自由度，每个手指有3个自由度，末端的两个关节通过连杆耦合运动，拇指另有一个相对手掌和4指开合的自由度，类似人的拇指。采用集成在手内部的微型直流电动机驱动，具有指尖六维力/力矩、触觉等感知功能。图 1-1 Gifu II手自1997年，德国宇航中心相继研制了两代机器人灵巧手：DLR I手和DLR II手（如图1-3），这两个灵巧手是具有多种感知功能的、高度集成的、机电一体化的多指灵巧手，DLR I手的腱传动方式以及模拟信号的大量采用，导致了其可靠性的降低和维护难度的加大。基于DLR I灵巧手，DLR II灵巧手更为有力、更加可靠，被认为是当时世界上最好的灵巧手。但是由于关键部件的选型，特别是非商业化的直线驱动器的采用等，增加了灵巧手的加工、制造难度，而且灵巧手的体积远远大于人手的体积。 图 1-3 左为DLR I手，右为DLR II手1.5 国内的研究状况早在三千多年前的西周时代，我国就出现了能歌善舞的木偶，称为“倡者”，这可能是世界上最早的“机器人”。 但是我国工业机器人技术的开发研究从70年代起步。七五期间国家把工业机器人列为重点科技攻关项目, 开发了五类机型, 机器人技术得到迅速发展, 并选择汽车工业作为机器人应用工程开发的试点行业。机器人工程中心承担了PJ系列大中小三个系列喷漆机器人的攻关任务, 同时开展了大量的应用工程工作, 并开发了相关的自动涂装设备, 相继创造了我国机器人行业的多项第一。国内在灵巧手研究机构，比较有影响的有北京航空航天大学、清华大学、哈尔滨工业大学等。一些进步主要体现在本体设计、传感器、控制以及抓取等方面。在国内, 北京航空航天大学于 20世纪 80年代末开始灵巧机械手的研究与开发, 最初研究出来的 B H - 1型灵巧手功能相对简单, 但填补了当时国内空白。在随后的几年中又不断改进, 相继研究BH - 2 ,BH 3和BH4（如图1-4）7， 该手为 4指 16自由度结构,其关节由包括直流伺服电机、 行星减速器和光码盘在内的电机单元驱动。光码盘用于测量电机轴相对转角, 关节轴绝对转角由电位计测量。考虑到下一步研究的需要, 该手指指端设计成能方便地接入力传感器。 国防科技大学从 20世纪 80年代后期开始就开展了多指灵巧手爪的研究, 在手爪机构、 传感器系统、控制系统、协调规划方法、控制方法,以及应用性实验研究等方面做了很多工作, 基本建成了深入研究灵巧手爪问题及进行进一步实用化研究所必须的试验环境, 为未来的手爪机构研究奠定了良好的基础。其中, 3指 9自由度GFKD多指灵巧手爪机构在紧凑、 灵活、 实用等方面比以往更进一步, 能够抓持并操作球体和拧螺母等。图 1-4 BH-4型从2011年开始，以DLR II灵巧手为基础，哈尔滨工业大学和DLR联合研制了4指灵巧手：DLR/HIT I手8（如图1-5），它具有多种感知功能、高度集成的4指灵巧手，具有13个自由度，如图所示，具有相同结构的4个手指，每个手指有3个自由度、4个关节末端的两个关节通过连杆机构耦合运动。灵巧手另有一个独立的、可重构的手掌结构。替代VME总线控制器，研制了基于PCI总线的数字信号号处理器(Digiml signal processing，DSP)现场可编程门阵列(Field programmable gate arrayFPGA)控制卡，用于灵巧手的实时控制。采用半双工的低压差分信号(Low-voltage differential signaling，LVDS)通信方式，灵巧手的出线数由DLR II手的12根减小到4根。灵巧手的驱动器采用商业化的直流无刷电动机。通过灵巧手机电本体的外部包装，实现了灵巧手较好的外观。通过应用，该灵巧手表现出很好的操作和使用性能。但该灵巧手的不足在于，单手指以及灵巧手体积过大、质量较大、只有4个手指，距离仿人手化还有较大的差距。针对DLRHITI手的不足，HIT和DLR于2007年研制成功了5指机器人灵巧手：DLRHIT II手9，如图1-6所示，DLRHIT II灵巧手有5个相同结构的手指组成，共有15自由度。手指采用集成化、模块化设计思想。质量15 kg，体积与人手相当。模块化手指有3自由度、4个关节，末端两个关节通过钢丝耦合运动。采用盘式电动机、谐波减速器和齿形皮带等的驱动和传动方式。集成电动机位置、关节位置、关节力矩、温度、指尖力力矩等多种传感器。具有更高的集成度、更小的体积、更轻的质量，层次化的灵巧手硬件结构，由手指关节DSP、手指基关节FPGA、手掌FPGA和PCI总线控制卡等组成，完成数据采集和处理、电动机驱动、通信以及灵巧手的实时控制等功能。在拟人手方面更近了一步，同时更加丰富的感知功能、多种电气接口，提高了灵巧手的操作能力和应用范围。图 1-5 DLRHIT I手 图 1-6 DLRHIT II手本章小结仿人机械手是现代社会发展的必然趋势，是社会的需要，各种各样的设备，很多环境都需要都需要用到它，机械手的出现为现代工业化大生产带来了福音，在现代这个以人为本的社会里，保证人身安全已经引起足够重视，在很多不适合人活动工作的地方都可以有机械手来完成。这样既保证了人身的安全，又避免了由于人的疲劳，疏忽，大意造成的损失，提高了工作安全性与稳定性。当然机械手也不可能是完美无缺的，在某些方面也存在一定的缺陷，如对材料的选择，对尺寸的要求，外形等不尽如人意。随着社会的发展，很多不足会得到改善的，以满足各种生产需要，以服务于一些特别的场合，满足人类需要。第二章.多指机器人灵巧手原理结构设计2.1欠驱动交叉腱传递手指结构设计采用欠驱动结构解决灵巧手自由度和复杂性之间的矛盾。实现采用少量的电机实现多个自由度的运动。如果对每个指关节都进行单独的驱动的话，将大大增加仿生手的体积与重量，也增加了控制难度能量消耗也大大提高，这对于仿生手的投入使用是极为不利的。而欠驱动结构应用于仿生手能很好的解决这个问题，所谓欠驱动也就是驱动器的数量少于运动的自由度。本项目将设计欠驱动仿生手机械结构，根据欠驱动理论构建运动传动模型，以实现仿生手对不同形状几何物体的稳定和柔性抓握。机械灵巧手的手指主体机构一般为三到四自由度的开环串联连杆机构，每个手指关节都是独立驱动的。如何有效地驱动每个关节，是灵巧手指结构设计要研究的问题，包括手指的机构和驱动传动方式的设计。虽然气动人工肌肉的研究正处于热潮之中，但由于气动人工肌肉的特性参数的强非线性，导致很难建立精确的数学模型。所以，目前灵巧手驱动源仍采用常规动力源。考虑灵巧手指的结构空间很小以及对动态性能的影响，不能直接把电机等驱动元件安装在各关节上，所以常规的处理策略是把驱动元件安装在手指根部甚至其它更远的地方上。这就需要在手指机构设计时重点要考虑驱动传动结构的设计。目前，用的最多的是腱传动。国内外几种典型的灵巧手都采用的这种传动方式，如UTAHMIT手，stanfordJPL手，South锄pton手，DLR手，BH手等”。 此种设计运用太多的传感器和控制元件，为设计带来很多的不便，且必须投入大量的财力和人力去研究，我们觉得若要机器手具有抓握运动方式，则机器手要有手掌和手指机构，此外还要有机器手手指之间的平衡机构。为了使机器手能够按照指定的方向和角度运动，机器手还必须有运动方向和角度 调节机构，自我保护机构也是不可少的。此外，需要由电机传动。依据机器手的总体方案设计的机器手机械机构组成。据此我们选择用电机带动钢丝绳带动每一个手指的弯曲，此结构（如图2-2）简单实用，且造价低廉。图2-1图 2-2通过钢丝绳1和2的拉紧，来产生扭矩，驱使手指弯曲，在手指伸展的时候，用弹簧使其伸直。由于在拉紧钢丝绳的时候会出现死点，导致手指不能弯曲。我们考虑到人的手指并不是能伸的笔直，也有一定的弯曲。我们一致赞同在手指伸直的时候，有一点点的弯曲。这与人类的手指很相似。3.硬件的原理及选择3.1驱动执行器件的选择 驱动执行器件在机器人设计和制作过程中是个重要的部分，它直接影响着仿人灵巧手的准确性、稳定性和驱动能力的大小。由于控制、扭矩、体积等方面因素，并参考目前已开发的仿人灵巧手，选用微型伺服电机作为仿人灵巧手驱动元件。微型伺服电机本质上是一种可以定位的直流电机，当其接收到一个位置指令，就会运动到指定的位置。微型伺服马达具有高力矩、高性能、控制简单、装配灵活、低价格等优点。微型伺服电机内部主要是由外壳、驱动控制电路板、直流电机、齿轮减速器与位置检测器等构成。其工作原理是由接收器发出驱动控制号给伺服电机，经由驱动控制电路板上的 IC判别转动方向，再开始驱动直流电机按指定速度转动，经齿轮减速器将运动和动力传至摇臂，同时由位置检测元件监测摇臂运动位置参量，并将监测信号传回驱动电路板上的IC，判断是否已经到达指令给定位置。位置检测元件的工作原理是检测可变电阻的阻值，当微型伺服电机转动时电阻值也会随之改变，检测电阻值便可知摇臂的转动角度，从而对微型伺服电机的运转做出合理的判定。其结构如图3-1所示。图3-1微型伺服电机的齿轮减速器所用齿轮有塑胶与金属之区分，金属齿轮的减速伺服电机一般皆是大扭力、高速型微型伺服电机，具有齿轮不会因负载过大而损坏的特点。对于要求更精密的微型伺服电机，其电机轴的支撑采用滚珠轴承，使得伺服电机转动时能更轻、快、精准。表3-1 伺服电机技术参数品牌、类型重量（g）工作电压（V）无负载速度（sec/60）扭力（Kg/cm）结构尺寸（mm）Futaba（s3801）10760.261459.228.849.8Futaba（s5801）837.20.59.8462544JR（NES-605）1454.80.281063.53253.5JR（NES-4721）494.80.228.6391933辉盛 （TowerProMG995）55.24.87.20.24(6.0V) / 0.2(7.2V)13.0(6.0V) / 15.0(7.2V)40.619.837.8辉盛（TowerProMG996R）55.24.8-7.20.17(4.8V) /0.14(6V)9.0(4.8V)/10.5(6V)40.719.742.9国内市场上常见的微型伺服电机主要是JR、Futaba和辉盛三个品牌。JR和Futaba品牌是日本生产的，价格相对较高,各方面性能较好；辉盛品牌为国内厂家制造，价格相对低廉。但是，运动精度与速度以及稳定性，辉盛系类的微型伺服电机稍逊一筹。另外，不同品牌的微型伺服电机的接头和正逆转的方向也有所不同 。JR 的伺服电机都是以 4.8V 为测试电压，Futaba则是以 6.0V 作为测试电压。速度快、扭力大的伺服电机，除了价格贵，还会伴随著高耗电的特点。对于应用于灵巧手的微型伺服电机的要求，需要微型伺服电机具有体积小、重量轻、扭力大的特点。不同品牌的微型伺服电机性能各有不同，见表2-1。根据相关参考资料，利用微型伺服电机手指弯曲， TowerProMG995的扭力在几个品牌中是最大的，并且工作电压的范围较为宽泛，重量虽然不是最轻的，但是它体积相对较小，性价比最优。最后决定选用 TowerProMG995 型微型伺服电机作为驱动元件。TowerProMG995如图9，技术参数见表1-1。3.2伺服电机驱动电路的选择 驱动电路的要求：（1）为了防止干扰，伺服电机的电源必须与驱动电路的电源进行隔离，分别进行独立供电。（2）对伺服电机的供电必须输出稳定，且电流足够驱动4个伺服电机。（3）驱动电路输出的驱动信号稳定，以便伺服电机能够正常工作不产生抖动。（4）结构紧凑，体积小，物理性能稳定。驱动电路的方案有两种：a.独立设计驱动电路或直接对MCU进行编程，使MCU产生控制伺服电机的PWM信号，利用程序改变PWM信号的脉宽，从而改变伺服电机的状态。这种方式的优点是,可以使得主控电路与伺服电路最大化的集成，得到的电路规模为最小，给电路板在灵巧手的安装带来直接的便利，而且减少的灵巧手的总体体积。灵巧手的伺服电机可以选择较小扭力的伺服电机。缺点是，程序的规模较大，给调试带来较大的麻烦，程序规模的变大，直接导致程序的不稳定。在多个伺服电机同时工作状态和多个伺服电机的速度要协调的状态下，程序的编制尤为困难和繁杂。b.选择产品化的伺服电机控制器，通过与主控制器的通信来实现对伺服电机的高效控制。这种控制方式的优点是，可以方便的实现多个伺服电机的协调优化控制，较为轻松的达到多个伺服电机的同时启停的控制。使程序的规模有相当大的精简，以往需要几十行的或者更多的程序，通常短短的几个控制字符就可以轻易的实现。并且控制精度也有相当的提高。程序设计者可以把丰富的精力用来研究机器人的动作规划。缺点是,电路板的规模会有一定的提高，给电路板的安装带来一定麻烦。综合各个方面的因素，决定选用第二种方式。伺服电机驱动器采用SSC-32微型伺服电机控制器。这是一款功能较强、体积较小的微型伺服电机控制器。它有着很高的位置精度以及运动精度。结构如图3-2。图3-2伺服电机控制器Mini USB32路舵机控制器的特性：输出通道：32路（脉冲调制输出 或者 TTL电平输出，也就是说本产品不但可以控制伺服电机，还可充当 32路 TTL 驱动电路，控制 LED、继电器等设备）；串口通信：USB口或者 TTL 上位机串行通信，通讯波特率为：2400、 9600、 38.4k 和115.2k 四档可选；支持的伺服电机： Futaba、JR以及大部分常见伺服电机；角度控制范围：180；伺服精度：1s,0.9；伺服速度精度：1S / Second；伺服控制方式：即时控制、时间控制、速度控制和同步控制。控制模式：单个伺服电机控制，组伺服电机控制。4.总结和展望4.1总结 通过选题以来半年的努力，在导师和其他同学的热心帮主下，毕业设计工作比较成功。在这个过程当中，从对仿人灵巧手怀有浓烈的兴趣，到基本掌握了仿人灵巧手的开发调试技术，我的个人科研能力获得了较大的提升。开题之初，我通过查阅相关的文献资料， 了解了当今仿人灵巧手的发展状况，对自己所从事的课题有了更深入的了解。在查阅大量相关文献当中，逐步培养了自己的信息检索能力。检索信息能力的加强，对研究工作有着巨大的帮助，使得研究效率大步提高。随着对研究仿人灵巧手所具备能力了解，愈发感觉到自己能力的欠缺。通过一段时间艰苦的学习，我基本掌握了机电产品的设计方法和调试问题的处理，具备了机电产品的基本研究能力。对控制系统、驱动系统的设计、调试具备了一定的全局把握能力，不再局限于单一局部细节，而是把整个机器人的各个子系统作为一个有机的系统来分析处理。这种全局的观念在机电一体化系统的设计当中显的尤为重要。还掌握了一些机电系统调试的方法。由理论计算、系统设计、计算机仿真到最终的物理样机的调试，这一系列的锻炼使得个人的设计能力、分析处理相关问题的能力得到了很大的提高。在整个毕业设计中，收获最大的不是个人科研能力的提高，而是在不断的学习和设计过程中培养的对研究工作的态度。个人的科研能力的提高关键是以踏实的科研态度为基础的。没有一个良好的科研态度，任何科研工作都只是浮于表面。认真、谨慎的科研态度是研究取得成功的基本保障。毕业设计业已完成，从中所学、所感、所得匪浅。4.2后续研究工作展望本次课题的完成构建了多指机器人灵巧手的物理样机，虽然取得了一定的成果，但是，还属于初步研究，今后要在以下方面取得改进和进一步的研究。1.结构的进一步优化和选材的改进。改进制作灵巧手的材料，选用更轻巧坚固的材料，使灵巧手的重量减轻；选择更加紧凑的结构配置，使得机器人的物理样机性能更加坚固、稳定、美观。2.驱动方式的改进。本次课题完成的灵巧机械手是外接电源供电的。下步的研究应该电源内置在仿人灵巧机械手本体当中。只有仿人灵巧机械手本体脱离了电源线的限制，才能实现机器人的大范围自主活动，但是，自带电源的容量有限制了仿人灵巧机械手的活动时间。3.增加各种传感器，使机器人具有自主运动、判断等能力。如运用六维力传感器、摄像头、红外传感器等，增加仿人灵巧机械手对外部信息的搜集和处理能力，使得仿人灵巧机械手具有自主识别环境的能力，在识别的基础上，根据客观环境的变化自主地选择合适的步态和行进的路径。随着传感器系统的建立，使仿人灵巧机械手具有语音识别能力和图像的识别能力。参考文献1/ShowPosthtml6/ShowPost126987_1.htm2LOVCHIK C S，DIFLER M AThe robonaut hand：Adextrous robotic hand for spaceCProceedings of theIEEE International Conference on Robotics andAutomation,May 10-15，1999，Detroit,MichiganUnited States：IEEE，1999：907-9123KAWASAKI H，KOMATSUTUCHIYAMA KDexterous anthropomorphic robot hand with distributedtactile sensor：GifIl Hand IIJIEEEASME Transtious on Mechatronics，2002，7(3)：296-303Mechatronics，2002，7(3)：296-3034LOTTI FTIEZZI PVASSURA GUBH 3：An anthropomorphic hand with simplified endo-skeletalstructure and soft continuous fingerpadsCProceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation，April 26一May 1，2004，NewOrleansLAUnited States：IEEE，2004：4 736-4 7415BUTTERFASS J，HIRZINGER G，KNOCH S，et a1DLRS multisensory articulated hand，part h Hard-andsoftware architeetureCProceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation,May 16-21，1998，Leuven，BelgiumUnited States：IEEE，1998：2 081-2 086 6 Archer J R, Blenkins op P T . A ctuat i on f or i ndu stri al robots JProc . Ins t . Mear . Engrs . B. , JMg mt EngManu, f 1996 , 200 : 8589 .7BUTTERFASS J，GREBENSTEIN MDLR-hand II：Next generation of a dexterous robot handCProcee-dings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation，December 67，2001，Seoul，KoreaUnited Stat：IEEE，200l：1091148张文增，陈强，孙振国拟人机器人手的设计与实现 J机械工程学报，2005，4l(5)：1231267 王国庆，李大寨，钱锡康，等. 新型三指灵巧机械手的研究J. 机械工程学报，1997，33(3)：71-75.9王国庆，李大寨，钱锡康，等.新型三指灵巧机械手的研究J.机械工程学报，1997,33（3）：71-7510罗建国, 何茂艳, 薛钟霄, 黄真灵巧手研究现状及挑战J* 华北科技学院,2 0 0 9 ，26（10）4-811张立彬,杨庆华, 胥芳,等. 机器人多指灵巧手及其驱动系统研究的现状 J . 农业工程学报,2004, 20( 3) : 271275.12兰天，刘伊威，陈养彬，金明河，樊绍巍，刘宏 ；模块化嵌入式五指机器人灵巧手手指控制系统J吉林大学学报 (工学版)，2010，40(2) ：517-52213汪晓平,钟军等.Visual Basic网络通信协议分析与应用实现M.北京:人民邮电出版社,2003.459714高国富，谢少荣，罗均编著.机器人传感器及其应用M.北京；化学出版社，2005.7 致 谢本毕业论文是在XXXX指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，XXXX都始终给予我细心的指导和不懈的支持。半年来，老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此我还要感谢各位同学，正是由于他们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!同时感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！最后感谢我的母校湘潭大学，大学四年来对我的栽培。附录：外文翻译及原文齿轮和轴的介绍摘要:在传统机械和现代机械中齿轮和轴的重要地位是不可动摇的。齿轮和轴主要安装在主轴箱来传递力的方向。通过加工制造它们可以分为许多的型号，分别用于许多的场合。所以我们对齿轮和轴的了解和认识必须是多层次多方位的。关键词: 齿轮 轴在直齿圆柱齿轮的受力分析中，是假定各力作用在单一平面的。我们将研究作用力具有三维坐标的齿轮。因此，在斜齿轮的情况下，其齿向是不平行于回转轴线的。而在锥齿轮的情况中各回转轴线互相不平行。像我们要讨论的那样，尚有其他道理需要学习，掌握。斜齿轮用于传递平行轴之间的运动。倾斜角度每个齿轮都一样，但一个必须右旋斜齿，而另一个必须是左旋斜齿。齿的形状是一溅开线螺旋面。如果一张被剪成平行四边形（矩形）的纸张包围在齿轮圆柱体上，纸上印出齿的角刃边就变成斜线。如果我展开这张纸，在血角刃边上的每一个点就发生一渐开线曲线。直齿圆柱齿轮轮齿的初始接触处是跨过整个齿面而伸展开来的线。斜齿轮轮齿的初始接触是一点，当齿进入更多的啮合时，它就变成线。在直齿圆柱齿轮中，接触是平行于回转轴线的。在斜齿轮中，该先是跨过齿面的对角线。它是齿轮逐渐进行啮合并平稳的从一个齿到另一个齿传递运动，那样就使斜齿轮具有高速重载下平稳传递运动的能力。斜齿轮使轴的轴承承受径向和轴向力。当轴向推力变的大了或由于别的原因而产生某些影响时，那就可以使用人字齿轮。双斜齿轮（人字齿轮）是与反向的并排地装在同一轴上的两个斜齿轮等效。他们产生相反的轴向推力作用，这样就消除了轴向推力。当两个或更多个单向齿斜齿轮被在同一轴上时，齿轮的齿向应作选择，以便产生最小的轴向推力。交错轴斜齿轮或螺旋齿轮，他们是轴中心线既不相交也不平行。交错轴斜齿轮的齿彼此之间发生点接触，它随着齿轮的磨合而变成线接触。因此他们只能传递小的载荷和主要用于仪器设备中，而且肯定不能推荐在动力传动中使用。交错轴斜齿轮与斜齿轮之间在被安装后互相捏合之前是没有任何区别的。它们是以同样的方法进行制造。一对相啮合的交错轴斜齿轮通常具有同样的齿向，即左旋主动齿轮跟右旋从动齿轮相啮合。在交错轴斜齿设计中，当该齿的斜角相等时所产生滑移速度最小。然而当该齿的斜角不相等时，如果两个齿轮具有相同齿向的话，大斜角齿轮应用作主动齿轮。蜗轮与交错轴斜齿轮相似。小齿轮即蜗杆具有较小的齿数，通常是一到四齿，由于它们完全缠绕在节圆柱上，因此它们被称为螺纹齿。与其相配的齿轮叫做蜗轮，蜗轮不是真正的斜齿轮。蜗杆和蜗轮通常是用于向垂直相交轴之间的传动提供大的角速度减速比。蜗轮不是斜齿轮，因为其齿顶面做成中凹形状以适配蜗杆曲率，目的是要形成线接触而不是点接触。然而蜗杆蜗轮传动机构中存在齿间有较大滑移速度的缺点，正像交错轴斜齿轮那样。蜗杆蜗轮机构有单包围和双包围机构。单包围机构就是蜗轮包裹着蜗杆的一种机构。当然，如果每个构件各自局部地包围着对方的蜗轮机构就是双包围蜗轮蜗杆机构。着两者之间的重要区别是，在双包围蜗轮组的轮齿间有面接触，而在单包围的蜗轮组的轮齿间有线接触。一个装置中的蜗杆和蜗轮正像交错轴斜齿轮那样具有相同的齿向，但是其斜齿齿角的角度是极不相同的。蜗杆上的齿斜角度通常很大，而蜗轮上的则极小，因此习惯常规定蜗杆的导角，那就是蜗杆齿斜角的余角；也规定了蜗轮上的齿斜角，该两角之和就等于90度的轴线交角。当齿轮要用来传递相交轴之间的运动时，就需要某种形式的锥齿轮。虽然锥齿轮通常制造成能构成90度轴交角，但它们也可产生任何角度的轴交角。轮齿可以铸出，铣制或滚切加工。仅就滚齿而言就可达一级精度。在典型的锥齿轮安装中，其中一个锥齿轮常常装于支承的外侧。这意味着轴的挠曲情况更加明显而使在轮齿接触上具有更大的影响。另外一个难题，发生在难于预示锥齿轮轮齿上的应力，实际上是由于齿轮被加工成锥状造成的。直齿锥齿轮易于设计且制造简单，如果他们安装的精密而确定，在运转中会产生良好效果。然而在直齿圆柱齿轮情况下，在节线速度较高时，他们将发出噪音。在这些情况下，螺旋锥齿轮比直齿轮能产生平稳的多的啮合作用，因此碰到高速运转的场合那是很有用的。当在汽车的各种不同用途中，有一个带偏心轴的类似锥齿轮的机构，那是常常所希望的。这样的齿轮机构叫做准双曲面齿轮机构，因为它们的节面是双曲回转面。这种齿轮之间的轮齿作用是沿着一根直线上产生滚动与滑动相结合的运动并和蜗轮蜗杆的轮齿作用有着更多的共同之处。轴是一种转动或静止的杆件。通常有圆形横截面。在轴上安装像齿轮，皮带轮，飞轮，曲柄，链轮和其他动力传递零件。轴能够承受弯曲，拉伸，压缩或扭转载荷，这些力相结合时，人们期望找到静强度和疲劳强度作为设计的重要依据。因为单根轴可以承受静压力，变应力和交变应力，所有的应力作用都是同时发生的。“轴”这个词包含着多种含义，例如心轴和主轴。心轴也是轴，既可以旋转也可以静止的轴，但不承受扭转载荷。短的转动轴常常被称为主轴。当轴的弯曲或扭转变形必需被限制于很小的范围内时，其尺寸应根据变形来确定，然后进行应力分析。因此，如若轴要做得有足够的刚度以致挠曲不太大，那么合应力符合安全要求那是完全可能的。但决不意味着设计者要保证；它们是安全的，轴几乎总是要进行计算的，知道它们是处在可以接受的允许的极限以内。因之，设计者无论何时，动力传递零件，如齿轮或皮带轮都应该设置在靠近支持轴承附近。这就减低了弯矩，因而减小变形和弯曲应力。虽然来自M.H.G方法在设计轴中难于应用，但它可能用来准确预示实际失效。这样，它是一个检验已经设计好了的轴的或者发现具体轴在运转中发生损坏原因的好方法。进而有着大量的关于设计的问题，其中由于别的考虑例如刚度考虑，尺寸已得到较好的限制。设计者去查找关于圆角尺寸、热处理、表面光洁度和是否要进行喷丸处理等资料，那真正的唯一的需要是实现所要求的寿命和可靠性。由于他们的功能相似，将离合器和制动器一起处理。简化摩擦离合器或制动器的动力学表达式中，各自以角速度w1和w2运动的两个转动惯量I1和I2，在制动器情况下其中之一可能是零，由于接上离合器或制动器而最终要导致同样的速度。因为两个构件开始以不同速度运转而使打滑发生了，并且在作用过程中能量散失，结果导致温升。在分析这些装置的性能时，我们应注意到作用力，传递的扭矩，散失的能量和温升。所传递的扭矩关系到作用力，摩擦系数和离合器或制动器的几何状况。这是一个静力学问题。这个问题将必须对每个几何机构形状分别进行研究。然而温升与能量损失有关，研究温升可能与制动器或离合器的类型无关。因为几何形状的重要性是散热表面。各种各样的离合器和制动器可作如下分类：1 轮缘式内膨胀制冻块；2 轮缘式外接触制动块；3 条带式；4 盘型或轴向式；5 圆锥型；6 混合式。分析摩擦离合器和制动器的各种形式都应用一般的同样的程序，下面的步骤是必需的：1 假定或确定摩擦表面上压力分布；2 找出最大压力和任一点处压力之间的关系；3 应用静平衡条件去找寻（a）作用力；（b）扭矩；(c)支反力。混合式离合器包括几个类型，例如强制接触离合器、超载释放保护离合器、超越离合器、磁液离合器等等。强制接触离合器由一个变位杆和两个夹爪组成。各种强制接触离合器之间最大的区别与夹爪的设计有关。为了在结合过程中给变换作用予较长时间周期，夹爪可以是棘轮式的，螺旋型或齿型的。有时使用许多齿或夹爪。他们可能在圆周面上加工齿，以便他们以圆柱周向配合来结合或者在配合元件的端面上加工齿来结合。虽然强制离合器不像摩擦接触离合器用的那么广泛，但它们确实有很重要的运用。离合器需要同步操作。有些装置例如线性驱动装置或电机操作螺杆驱动器必须运行到一定的限度然后停顿下来。为着这些用途就需要超载释放保护离合器。这些离合器通常用弹簧加载，以使得在达到预定的力矩时释放。当到达超载点时听到的“喀嚓”声就被认定为是所希望的信号声。超越离合器或连轴器允许机器的被动构件“空转”或“超越”，因为主动驱动件停顿了或者因为另一个动力源使被动构件增加了速度。这种离合器通常使用装在外套筒和内轴件之间的滚子或滚珠。该内轴件，在它的周边加工了数个平面。驱动作用是靠在套筒和平面之间契入的滚子来获得。因此该离合器与具有一定数量齿的棘轮棘爪机构等效。磁液离合器或制动器相对来说是一个新的发展，它们具有两平行的磁极板。这些磁极板之间有磁粉混合物润滑。电磁线圈被装入磁路中的某处。借助激励该线圈，磁液混合物的剪切强度可被精确的控制。这样从充分滑移到完全锁住的任何状态都可以获得。 GEAR AND SHAFT INTRODUCTIONAbstract: The important position of the wheel gear and shaft cant falter in traditional machine and modern machines.The wheel gear and shafts mainly install the direction that delivers the dint at the principal axis box.The passing to process to make them can is divided into many model numbers, useding for many situations respectively.So we must be the multilayers to the understanding of the wheel gear and shaft in many ways .Key words: Wheel gear ShaftIn the force analysis of spur gears, the forces are assumed to act in a single plane. We shall study gears in which the forces have three dimensions. The reason for this, in the case of helical gears, is that the teeth are not parallel to the axis of rotation. And in the case of bevel gears, the rotational axes are not parallel to each other. There are also other reasons, as we shall learn.Helical gears are used to transmit motion between parallel shafts. The helix angle is the same on each gear, but one gear must have a right-hand helix and the other a left-hand helix. The shape of the tooth is an involute helicoid. If a piece of paper cut in the shape of a parallelogram is wrapped around a cylinder, the angular edge of the paper becomes a helix. If we unwind this paper, each point on the angular edge generates an involute curve. The surface obtained when every point on the edge generates an involute is called an involute helicoid.The initial contact of spur-gear teeth is a line extending all the way across the face of the tooth. The initial contact of helical gear teeth is a point, which changes into a line as the teeth come into more engagement. In spur gears the line of contact is parallel to the axis of the rotation; in helical gears, the line is diagonal across the face of the tooth. It is this gradual of the teeth and the smooth transfer of load from one tooth to another, which give helical gears the ability to transmit heavy loads at high speeds. Helical gears subject the shaft bearings to both radial and thrust loads. When the thrust loads become high or are objectionable for other reasons, it may be desirable to use double helical gears. A double helical gear (herringbone) is equivalent to two helical gears of opposite hand, mounted side by side on the same shaft. They develop opposite thrust reactions and thus cancel out the thrust load. When two or more single helical gears are mounted on the same shaft, the hand of the gears should be selected so as to produce the minimum thrust load.Crossed-helical, or spiral, gears are those in which the shaft centerlines are neither parallel nor intersecting. The teeth of crossed-helical fears have point contact with each other, which changes to line contact as the gears wear in. For this reason they will carry out very small loads and are mainly for instrumental applications, and are definitely not recommended for use in the transmission of power. There is on difference between a crossed helical gear and a helical gear until they are mounted in mesh with each other. They are manufactured in the same way. A pair of meshed crossed helical gears usually have the same hand; that is ,a right-hand driver goes with a right-hand driven. In the design of crossed-helical gears, the minimum sliding velocity is obtained when the helix angle are equal. However, when the helix angle are not equal, the gear with the larger helix angle should be used as the driver if both gears have the same hand.Worm gears are similar to crossed helical gears. The pinion or worm has a small number of teeth, usually one to four, and since they completely wrap around the pitch cylinder they are called threads. Its mating gear is called a worm gear, which is not a true helical gear. A worm and worm gear are used to provide a high angular-velocity reduction between nonintersecting shafts which are usually at right angle. The worm gear is not a helical gear because its face is made concave to fit the curvature of the worm in order to provide line contact instead of point contact. However, a disadvantage of worm gearing is the high sliding velocities across the teeth, the same as with crossed helical gears.Worm gearing are either single or double enveloping. A single-enveloping gearing is one in which the gear wraps around or partially encloses the worm. A gearing in which each element partially encloses the other is, of course, a double-enveloping worm gearing. The important difference between the two is that area contact exists between the teeth of double-enveloping gears while only line contact between those of single-enveloping gears. The worm and worm gear of a set have the same hand of helix as for crossed helical gears, but the helix angles are usually quite different. The helix angle on the worm is generally quite large, and that on the gear very small. Because of this, it is usual to specify the lead angle on the worm, which is the complement of the worm helix angle, and the helix angle on the gear; the two angles are equal for a 90-deg. Shaft angle.When gears are to be used to transmit motion between intersecting shaft, some of bevel gear is required. Although bevel gear are usually made for a shaft angle of 90 deg. They may be produced for almost any shaft angle. The teeth may be cast, milled, or generated. Only the generated teeth may be classed as accurate. In a typical bevel gear mounting, one of the gear is often mounted outboard of the bearing. This means that shaft deflection can be more pronounced and have a greater effect on the contact of teeth. Another difficulty, which occurs in predicting the stress in bevel-gear teeth, is the fact the teeth are tapered. Straight bevel gears are easy to design and simple to manufacture and give very good results in service if they are mounted accurately and positively. As in the case of squr gears, however, they become noisy at higher values of the pitch-line velocity. In these cases it is often good design practice to go to the spiral bevel gear, which is the bevel counterpart of the helical gear. As in the case of helical gears, spiral bevel gears give a much smoother tooth action than straight bevel gears, and hence are useful where high speed are encountered.It is frequently desirable, as in the case of automotive differential applications, to have gearing similar to bevel gears but with the shaft offset. Such gears are called hypoid gears because their pitch surfaces are hyperboloids of revolution. The tooth action between such gears is a combination of rolling and sliding along a straight line and has much in common with that of worm gears.A shaft is a rotating or stationary member, usually of circular cross section, having mounted upon it such elementsas gears, pulleys, flywheels, cranks, sprockets, and other power-transmission elements. Shaft may be subjected to bending, tension, compression, or torsional loads, acting singly or in combination with one another. When they are combined, one may expect to find both static and fatigue strength to be important design considerations, since a single shaft may be subjected to static stresses, completely reversed, and repeated stresses, all acting at the same time.The word “shaft” covers numerous variations, such as axles and spindles. Anaxle is a shaft, wither stationary or rotating, nor subjected to torsion load. A shirt rotating shaft is often called a spindle.When either the lateral or the torsional deflection of a shaft must be held to close limits, the shaft must be sized on the basis of deflection before analyzing the stresses. The reason for this is that, if the shaft is made stiff enough so that the deflection is not too large, it is probable that the resulting stresses will be safe. But by no means should the designer assume that they are safe; it is almost always necessary to calculate them so that he knows they are within acceptable limits. Whenever possible, the power-transmission elements, such as gears or pullets, should be located close to the supporting bearings, This reduces the bending moment, and hence the deflection and bending stress.Although the von Mises-Hencky-Goodman method is difficult to use in design of shaft, it probably comes closest to predicting actual failure. Thus it is a good way of checking a shaft that has already been designed or of discovering why a particular shaft has failed in service. Furthermore, there are a considerable number of shaft-design problems in which the dimension are pretty well limited by other considerations, such as rigidity, and it is only necessary for the designer to discover something about the fillet sizes, heat-treatment, and surface finish and whether or not shot peening is necessary in order to achieve the required life and reliability.Because of the similarity of their functions, clutches and brakes are treated together. In a simplified dynamic representation of a friction clutch, or brake, two inertias I1 and I2 traveling at the respective angular velocities W1 and W2, one of which may be zero in the case of brake, are to be brought to the same speed by engaging the clutch or brake. Slippage occurs because the two elements are running at different speeds and energy is dissipated during actuation, resulting in a temperature rise. In analyzing the performance of these devices we shall be interested in the actuating force, the torque transmitted, the energy loss and the temperature rise. The torque transmitted is related to the actuating force, the coefficient of friction, and the
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