Solidworks6自由度机械臂结构设计与研究(3)

菜单

1.4主要设计内容

（1）进行六自由度机械手臂方案的创建、分析和计算

（2）对机械手臂零部件进行设计

（3）利用Solidworks2010对选定设计的方案进行三维建模

（4）最后用Solidworks2010的插件输出整体运动过程动画仿真

1.5 六自由度机械手臂的设计原理

执行，控制，驱动这三个系统是六自由度机械手臂主要组成部分。

执行机构是由夹爪，上臂，下臂和底座几部分组成。夹爪安装于上臂前端，可以旋转，开闭两根手指。机械手臂夹爪部分的构造是模仿人的手指，分为无关节构造，自由关节构造和固定关节构造三种。手指的数量一般在2-5根，其中应用的最多的是二指，因为对于不同形状结构和尺寸的夹持物体来说，两根手指更加便于开发者的设计，同时也能达到相同的效果，从而能够满足操作的需要。但在机械手臂中也存在无指的夹爪，开发者会利用吸盘来吸取夹持物体，这些吸盘一般通过真空或磁性的原理利用外部力来夹持，而本次机械手臂的设计采用的是二指的夹爪构造。然而机械的手臂部分一般分为无关节和有关节的，其实引导夹爪能够准确地夹持物体，然后将物体送到指定的地方，这是机械手臂部分的主要作用，因此对手臂部分的自由度进行精确定位后，机械手才能准确可靠地完成任务。然而机械手臂的运动有两种形式，一种是直线运动，一种是转动，所以对机械手臂的执行主要靠液压缸，电液脉冲马达，伺服电机，伺服液压马达以及步进电机等来控制。而机械手臂安装在底部上，同时也安装了动力机构和执行机构。

驱动机构主要有机械驱动、电气驱动、气压驱动、和液压驱动这四种。其中电气、气压驱动用的最多，大约占90%左右；而机械、液压驱动用的频率较低。

一般用于固定的动作的场合的有机械驱动，它是通过凸轮连杆机构来实现运动，其优势在于它的制造成本较低，速度快，实现的动作较为准确可靠，而其劣势是在机器出现故障时不易于技术人员查找错误以便做出调整。

气阀、气压马达、气压缸这几个元件一般用于气压驱动的过程中，它是利用大气的压力来传递动力从而驱使运动的产生，通常我们用四到六个大气压，即（392~588kPa），特殊的可达到八到十个大气压，即（785~981 kPa）。其优势在于能够方便地取得干净的气源，不会污染环境，做到环保，而且系统维护相对简单易学，使用起来也十分安全，并且即使在环境恶劣的情况下也能进行正常的作业，然而其劣势在于它的较差稳定性的运动速度，较慢速度的信号传递，较低的驱动效率。

阀、油箱、液压缸、液压泵是液压驱动的主要部分，通过他们的共同作用同样也可以实现机械的传动。液压驱动它的工作介质是液压液作，再通过液压缸、液压马达以及齿轮、齿条来实现机械的直线运动。其优势在于平稳的工作状态，较轻的质量体积，较小的惯性，而且它的反应很快，因此能够实现机器的快速起动，制动以及频繁的换向，同时也很容易实现机器的过载保护；而其劣势在于能量的损失较为严重，对油温的变化较为敏感，所以容易受到温度的影响而出现故障。

当利用电气驱动时，机器的直线驱动部分可以通过电动机来带动丝杠的运动。但是通用的机械手臂一般考虑采用直流或交流的伺服电动机、变速箱、步进电动机等。电气驱动的优势在于动力源非常简单，易于技术人员的维护，并且使用也很方便，还不会造成污染。为了使驱动时的出力大，一般对驱动机构和控制系统采用同一型式的动力。因此本次设计采用了伺服电机来驱动机械手臂的运动，用直流电机来驱动夹爪和机械手臂的转动。