《畢業(yè)論文機械手.docx》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《畢業(yè)論文機械手.docx（44頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、河南質量工程職業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文） 河南質量工程職業(yè)學院畢 業(yè) 設 計（論 文） 題 目氣動機械手關節(jié)結構設計及運動學仿真分析系 別機電工程系專 業(yè)機電一體化班 級09機電7班學生姓名張正天學 號02043093283指導教師魏波定稿日期2012年3月10日2摘 要隨著微電子技術、傳感器技術、控制技術和機械制造工藝水平的飛速發(fā)展，機器人的應用領域逐步從汽車拓展到其它領域。在各種類型的機器人中，模擬人體手臂而構成的關節(jié)型機器人，具有結構緊湊、所占空間小、運動空間大等優(yōu)點，是應用最為廣泛的機器人之一。尤其由柔性關節(jié)組成的柔性仿生機器人在服務機器人及康復機器人領域中的應用和需求越來越突出。本課題

2、重點在于氣動機械手關節(jié)結構參數(shù)化設計和其可行性分析。由于氣動肌肉柔性關節(jié)的研究歷史短、資料少，肌肉本身的動特性還在研究中，因此本課題具有一定的難度，在研究過程中注重靜態(tài)指標的滿足。本文重點解決的問題結構設計及仿真。 本課題中主要內容是： （1）設計氣動機械手關節(jié)結構； （2）關節(jié)結構的參數(shù)設計； （3）用仿真軟件進行運動過程模擬分析以此來改善結構設計，直到得出滿意的結果為止。目標：滿足氣動機械手關節(jié)結構的設計要求。關鍵詞：氣動肌肉；結構設計；氣動機械手關節(jié)；運動學仿真AbstractWith the rapid development of microelectronic technology

3、, sensor technology, control technology and the rapid development of mechanical manufacturing technics, the application of robots is expanded from cars to other fields progressively. In all types of robots, the joint-type robot which is composed of the simulation of human arms, has great advantages

4、such as compact construction, little space accounted, and wide motion space, is one of the most widely used robots.In particular, flexible bio-robot which is composed of flexible joints is applicated and needed more and more prominent in the field of service and rehabilitation.The focus of this subj

5、ect is the machanism design and its feasibility analysis of the pneumatic muscle arm joints, and then finish the mechanical design of the machanism parts of anthropomorphic robot joint. Because research history of pneumatic muscles flexible joints is short, information is little, the dynamic charact

6、eristics of the muscle is still under study, this subject has certain difficulty, and pay attention to the satisfaction of the static index in the course of studying. The problem this passage mainly resolves-mechanical design and simulation.The main content of this subject: (1) Design the joint stru

7、cture of pneumatic manipulator; (2) Parametric design of the joint structure; (3)Using simulation software to simulate structure in order to improve the mechanical design until obtain the satisfactory result.Goal: Achieve the optimized designing of pneumatic manipulator.Key words: Pneumatic muscles;

8、 Structural design; Pneumatic manipulator joint; Kinematics emulation目 錄摘 要Abstract 1 緒論11.1研究氣動機械手的意義11.2 氣動機械手在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀及應用21.3 氣動技術發(fā)展狀況及優(yōu)缺點41.4 氣動機械手的發(fā)展方向62 氣動機械手關節(jié)結構形式設計82.1 氣動肌肉結構、特性及模型82.1.1 氣動肌肉的基本結構82.1.2 氣動肌肉的特性82.1.3 氣動肌肉的模型92.2 氣動機械手的基本結構112.3 氣動機械手關節(jié)結構設計122.3.1 關節(jié)的基本方式122.3.2 肩關節(jié)結構設計122.3

9、.3 肘關節(jié)結構設計142.3.4 腕關節(jié)結構設計163 氣動機械手關節(jié)結構參數(shù)設計183.1參數(shù)設計優(yōu)點183.2 肩關節(jié)結構參數(shù)設計183.2.1 第一肩關節(jié)結構參數(shù)設計183.2.2 第二肩關節(jié)結構參數(shù)設計203.2.3 第三肩關節(jié)結構參數(shù)設計223.3 肘關節(jié)結構參數(shù)設計233.3.1 X軸方向上的結構參數(shù)設計233.3.2 Y軸方向上的結構參數(shù)設計243.4 腕關節(jié)結構參數(shù)設計264氣動機械手關節(jié)的模擬仿真274.1 仿真內容274.2 仿真方法274.3 氣動機械手關節(jié)的運動學分析284.3.1 第一肩關節(jié)的運動仿真及分析284.3.2 第二肩關節(jié)的運動仿真及分析284.3.3 肘

10、關節(jié)X軸方向的運動仿真及分析294.3.4 肘關節(jié)Y軸方向的運動仿真及分析304.3.5 腕關節(jié)X軸方向的運動仿真及分析314.3.6 腕關節(jié)Z軸方向的運動仿真及分析324.3.7 第一二肩關節(jié)，肘關節(jié)X軸方向，腕關節(jié)X軸方向的運動仿真及分析324.3.8 第一二肩關節(jié)，肘關節(jié)Y軸方向，腕關節(jié)Z軸方向的運動仿真及分析335 結論33參考文獻 34致謝36第1章 緒論1.1 研究氣動機械手的意義近20年來，氣動技術的應用領域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術與氣動技術相結合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產線的迅速

11、發(fā)展，對氣動技術提出了更多更高的要求；微電子技術的引入，促進了電氣比例伺服技術的發(fā)展。現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動技術從開關控制進入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調制技術具有結構簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點，國內外都在大力開發(fā)研究1。從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看，近30多年來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。20世紀70年代，液壓與氣動元件的產值比約為9:1，而30多年后的今天，在工業(yè)技術發(fā)達的歐美、日本國家，該比例已達到6:4，甚至接近5:5。我國的氣動行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。從20世紀80年代中期開始,氣動元件產值的年遞增率達20以上，高于中國機械工業(yè)產值平均年遞增率。隨著微電子技術

12、、PLC技術、計算機技術、傳感技術和現(xiàn)代控制技術的發(fā)展與應用，氣動技術已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關鍵技術之一2。傳統(tǒng)的機器人關節(jié)多由電機或液(氣)壓缸等來驅動。以這種方式來驅動關節(jié)，位置精度可以達到很高，但其剛度往往很大，實現(xiàn)關節(jié)的柔順運動較困難。而柔順性差的機器人在和人接觸的場合使用時，容易造成人身和環(huán)境的傷害。因此，在許多服務機器人或康復機器人研究中，確保機器人的關節(jié)具有一定的柔順性提高到了一個很重要的地位。人類關節(jié)具有目前機器人所不具備的優(yōu)良特性，既可以實現(xiàn)較準確的位置控制又具有很好的柔順性。這種特性主要是由關節(jié)所采用的對抗性肌肉驅動方式所決定的。目前模仿生物關節(jié)的驅動方式在仿生機器人中得到越來越多的應用。在這種應用中為得到類似生物關節(jié)的良好特性，一般都采用具有類似生物肌肉特性的人工肌肉。氣動肌肉