摘 要

本文对一种小型通用平移机械手的结构进行了研究，根据给出的抓取对象参数，限定为5公斤以内的小型物件。在手部具体抓取结构不作要求的前提下，本文设计了底部的平移滑台和上部的机械手两部分，平移滑台设有一个动力源，机械手三个关节处分设三个动力源，都为不同功率的伺服电机。

平移滑台的主要结构为丝杠螺母副和直线导轨副，左右两根平行的直线导轨主要起承重以及保证运动的准确性的作用，滚珠丝杠将伺服电机的转矩转化为滑台的平移推动力。

机械手共有三个关节，每个关节处的动力源为伺服电机配套减速器，通过轴套、键槽、卡簧等结构带动下一部件作旋转运动。最后一处关节主要保证手部在整个抓取过程中保证竖直方向的稳定性。

本文完成了平移滑台、机械手的结构设计和进行安全性确认的强度和稳定性校核。

关键词：平移滑台；丝杠螺母；机械手；结构设计

Abstract

In this paper, the structure of a small universal translating manipulator is studied. According to parameters of the given crawler object, it is limited to 5 kg within the small objects. After the structure of the hand specific crawling is not required, this paper designed the bottom of the sliding table and the upper part of the manipulator. The sliding table has a power source, and there are three power sources for the three joints of the manipulator. Both of them are different power of the servo motor.

The main structure of the sliding table is the screw nut pair and the linear guide pair. Two parallel linear guide rails has an effect of load bearing and ensuring the accuracy of the movement. The ball screw converts the torque of the servo motor into the translating force of sliding table.

There are three joints in the robot, the power source at each joint is a servo motor supporting reducer. Through the bushings, keyway, reed and other structures to drive the next part for the rotary motion. The last joint mainly guarantees that the hand ensures stability in the vertical direction throughout the crawling process.

This paper completed the translate of the sliding table, the structure of the manipulator design and safety confirmation of the strength and stability check.

Key Words：the translate of the sliding table；screw nut；manipulator；structural design

第1章 绪论 1

1.1 机械手概述 1

1.2 国内外相关研究情况 1

第2章 方案设计 3

2.1通用平移机械手总体方案设计 3

2.1平移滑台的选型与结构设计 3

第3章 结构设计 4

3.1滚珠直线导轨副的选择 4

3.2 滚珠丝杠螺母副的选择 5

3.3 电动机的选择 6

3.3.1计算折算到电动机轴上的负载惯量 6

3.3.2计算折算到电机轴上的负载力矩 6

3.3.3计算电动机轴上的加速力矩Tap 7

3.3.4计算横向进给系统所需要的折算导电剂轴上的各种力矩 7

3.3.5选择驱动电动机的型号 7

3.4 联轴器的选择 8

3.4.1名义转矩 8

3.4.2计算转矩Tc 8

3.5 轴承及轴承座的选择 9

3.5.1 载荷条件 9

3.5.2 转速条件 9

3.5.3 调心性质 9

3.5.4 安装和调整性能 9

3.5.5 经济性 10

3.6 其他非标准件的设计 10

3.7 本章小结 11

第4章 机械手的选型与结构设计 12

4.1电机的选型 13

4.1.1 初步估算机械手的质量 13

4.1.2 计算各个轴的转速及转矩 13

4.1.3计算电机功率 14

4.2 减速器的选型 15

4.3关节处结构设计 16

4.4大、小臂的结构设计 17

4.5卡座的结构设计 18

4.6本章小结 18

第5章 主要零部件的校核 19

5.1小臂的校核 19

5.2 大臂的校核 20

5.3底座的校核 22

5.4本章小结 22

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1 机械手概述

机械手由操作机(机械手的机械本体)、控制装置、驱动单元和检测传感装置构成，是一种能够模拟人手操作、包含多自由度、实现用程序控制并且，能完成各种复杂、单一、重复操作的机电一体化生产设备。机械手不仅仅是简单的替代了人手的操作，而是既具有人的能够快速对环境变化产生对应措施的能力，又具有机器完成复杂、单一、重复的任务时的高准确性和长效性，目前在各种高精度、高效率的自动化生产制造行业已经是不可或缺的设备。

随着电脑和信息技术的快速发展，工业机器人在现代化生产制造行业中的作用越来越大，甚至在很多方面已经取消人工操作，机器人对于工作要求不高，可以适应各种简单的重复性工作，而且机器人在耐高温高压，湿度、甚至辐射方面都存在很大的优势，特别是在一些人工无法完成的环境中，采用机器手去工作是当下制造业迫切需求的方法。

工业机器人可以分为4种工作形式，根据坐标的方位和情况分为直角、圆柱、极坐标和多关节机器人。