ADAMS锥形物料搬运机械手夹持机构设计与分析(4)

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目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统 FMS 和柔性制造单元 FMC 中的重要一环节。

1.3 本课题主要工作内容

本课题的主要工作内容为：

（1）ADAMS 动力学仿真软件基本功能的学习；

（2）根据设计技术要求，确定可以实现类锥形物料夹持的夹持机构工作原理、机构方案、以及驱动方案，完成夹持机构总体方案设计；

（3）完成电机和驱动的选型设计；文献综述

（4）完成夹持机构的详细机构设计，确定主要技术参数；

（5）完成夹持机构的结构设计，确定主要结构外形和尺寸；

（6）建立夹持机构的三维实体模型；

（7）在 ADAMS 中建立夹持机构的虚拟样机，完成系统动力学仿真，对结果进行分析与评价。

2 机械手结构建模

结构建模时，所使用的制图软件为 Solidworks。Solidworks 软件是全世界首个以 Windows 系统为基础开发的三维制图软件。使用它可以方便的制作零件，并将零件们通过配合关系组合成装配体，只要熟悉 Windows 系统，都能快速的上手操作，给设计带来很大的便利。除此之外，Solidworks 还可将零件另存为各种形式，方便导入各类三维制图软件或仿真软件进行进一步的研究。

在 Solidworks 中，设计装配体的技术有自上而下设计和自下而上设计两种设计方法。自上而下设计就是直接在装配体中开始制作零件，用户可以在一个零件的集合特征上直接创建另外一个零件，缺点就是零件时完全配合固定的；自下而上是比较常用的的设计方法，采用该方法就是在 Solidworks 零件设计中将各个零件单独设计好，最后分别导入装配体中组装起来。本次设计中所采用的设计方法均为自下而上设计，即事先算好各零件所需的装配齿轮，配合部位，再设计零件，最后导入装配体。

2.1 设计要求

机械手设计需满足如下要求：第一、尽可能使机械手各关节轴相互平行；相互垂直的轴尽可能交于一点；第二、机械手的结构尺寸应尽量满足工作空间的要求；第三、机械手关节之间的缝隙越小越好，因为轴承间的缝隙会引起误差；第四、要有合适的限位装置，防止超限造成损坏。

2.2 齿轮传动机械手方案

齿轮传动机械手其工作原理为：利用电机驱动，通过减速齿轮组，蜗轮蜗杆，齿轮齿条进行传动，将电机的旋转转化成驱动臂的平动，最后由驱动臂带动手爪进行张开和夹紧的工作。

2.2.1 机械手总体结构设计

设计之初，我首先作了对机械手总体结构的预期设计。机械手整体分为两部分，前部为手爪工作部位，后端为箱体，内部承载电机以及各组齿轮及蜗轮蜗杆。前部与后端通过驱动臂进行传动。箱体中，电机首先与一组减速齿轮连接，然后齿轮与蜗杆同轴连接，蜗轮与蜗杆配合，并与齿轮齿条中的齿轮同轴连接，齿条则安装于驱动臂上。这样做有几点好处：首先是能有效的减速，其次是可以利用蜗轮蜗杆实现自锁，最后还充分利用了箱体的空间。前部手爪则由从箱体中探出的驱动臂控制，手爪的腕部安装于基体上，驱动臂通过连杆拉动掌心使手爪收紧，实现抓取。