智能机械手的机电一体化系统设计.doc

摘要:机械手是机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。因此，为了适应社会发展的形势，在现有技术基础上设计一台教学型机械手有着深远的科教意义。

本课题设计的机械手，主要包括机械手的总体方案设计、机械手的机械结构设计以及驱动、控制系统设计等，实现了机械手的三自由度运动：X、Y轴的移动以及X轴的旋转。设计中选用滚珠丝杠来实现X、Y方向的直线运动，采用步进电机进行驱动，同时采用步进电机实现X轴的旋转。机械手直接采用电磁吸盘抓取工件。设计的机械手在单片机的控制下完成预期的动作，结构相对简单、便于学生操作，能给学生以直观的印象，达到教学演示的目的。

关键词 机械手；三自由度；滚珠丝杠；单片机

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 机械手概述-1

1.2 机械手的分类和组成-1

1.2.1 机械手的分类-1

1.2.2 机械手的组成-3

1.3 本课题研究的主要内容-4

1.4教学用机械手的功能要求及现实意义-4

1.4.1 教学用机械手的功能要求-4

1.4.2 教学用机械手的现实意义-4

2 机械手总体设计方案-5

2.1 机械手的坐标型式与自由度-5

2.1.1 机械手的坐标型式-5

2.1.2 机械手的自由度-6

2.2 总体设计方案-6

2.2.1 传动行走机构-6

2.2.2 驱动行走机构-8

2.3 机械手的设计参数-9

3 机械手机械系统设计-10

3.1 X轴结构的设计与选择-10

3.1.1X轴滚珠丝杆副尺寸选择计算-10

3.1.2滚动轴承型号选择计算-14

3.1.3驱动电机的选择计算-15

3.1.4X轴键的选择计算-16

3.2Y轴结构的设计与选择-17

3.2.1滚珠丝杠副尺寸选择计算-17

3.2.2滚动轴承型号选择计算-21

3.2.3驱动电动机的选择计算-23

3.2.4Y轴键的校核-24

3.2.5二维工作台底板的选择及校核-25

4 机械手控制系统设计-27

4.1 控制系统的结构分类-27

4.2 控制方式-27

4.3机械手的控制电路-28

4.3.1 增量式光电编码器辨向电路-28

4.3.2 增量式光电编码器计数电路-29

4.3.3 二相混合式步进电机的控制-29

4.3.4 二相混合式步进电机双极型驱动电路的设计-29

4.3.5 双极型驱动方式脉冲分配器的设计-30

结论-32

致谢-33

参考文献-34