灵巧手指结构设计-仿生类含ProE三维及13张CAD图

灵巧手指结构设计-仿生类含ProE三维及13张CAD图,灵巧,手指,结构设计,仿生,ProE,三维,13,CAD 1万字以上+3A0图纸量（说明书中选取电动和液压驱动两个做比较选择最佳方案为主来做，图纸的话做最佳方案的二维图满足图纸量要求即可） 潍坊学院本科毕业设计任务书 　　　　课题名称: 灵巧手指结构ProE设计 　　　　课题类别： 工程工业设计 　　　　专 业： 机械设计制造及其自动化 　　　　年 级： 2015级 　　　　指导教师： 范岩 　　　　学生姓名： 陈泓羽 年 月 日  一、课题条件： 1.熟练使用三维绘图软件。 2.认真调研灵巧手指的发展前景。 3.查阅各种有关的书籍。 4.熟悉灵巧手指的机械结构。 二、毕业设计主要内容： 1、完成手指设计的方案选择 2、设计贝尔格莱德手指PROE. 3、设计电动关节架构方案。 4、设计液压关节架构方案。 5、分析三种架构设计方案优点缺点。 6、书写说明书。 三、计划进度： 第1周 主要完成参考资料的查询 第2周 主要完成外文翻译资料的翻译 第3-4周 完成设计方案的初步定稿，确定设计方案及系统设计的基础资料的准备。确定设计方案。 第5-7周 完成设计架构及各组成模块设计 第10周 系统功能的试验、发现设计中的问题，改进设计。 第11周 完成论文撰写、答辩。 四、主要参考文献： [1] 海向军,何烨.人体解刨学.北京：科学出版社，2013,9. [2] 徐国成,韩秋生,霍琨.人体解刨学彩色图谱（第二版）.沈阳：辽宁科学技术出版社，2010,9. [3] 张元越,液压与气压传动.成都：西南交通大学出版社,2016,6. [4] 杨昆明,马翔宇.仿生灵巧手设计与控制.煤矿机械，2018,5. [5] 罗建国,何茂艳等.灵巧手研究现状及挑战[J].机械设计，2009,26. [6] 马翔宇,杨武成,李阿为.仿生机械灵巧手的手指设计.重庆理工大学学报,2017,11. [7] 赵云伟,耿德旭等.气动柔性果蔬采摘机械手运动学分析与实现.农业机械学报,2019,1. [8] 杨昆明,申旌辉,马翔宇.仿生灵巧手的手指设计与控制.煤矿机械,2018,5. [9] 胡敏,梁聪慧,郑庆华等.多关节液压臂架实时控制软件的设计与实现.中国工程机械学报,2013,6. [10] 焦福霞.电力液压鼓式盘式制动器的性能比较.现代商贸工业，2013. [11] 徐国华，谭民.移动机器人的发展现状及其趋势[J].机器人技术与应用，2001. [12] 马颂德，张正友.计算机视觉一理论与算法基础.科学出版社，2001. [13] 张广军.机器视觉.科学出版社，2005. [14] 章毓晋.图像理解与计算机视觉.清华大学出版社，2004. [15] 杨钢,李宝仁等.气动人工肌肉特性分析的新方法.液压与气动,2002. 指导教师 教研室主任 20 年 月 日 20 年 月 日 灵巧手指结构Pro/E设计 摘 要 灵巧手是一款非常不一样的末端执行装置，文中介绍目前国内和国外对它的研究状况，另外还分析其发展现状，以及将来的发展前景进行介绍。此中说过，它的外形有点像人类的手部，收集一些人手的数据，机械设计之时，改善人手的数据，设计出和人类手指相差不大的机械手指，并且还分析它的自由度，求算相关数据，对于机械手指活动范围没有多大影响时，尽量少一些自由度，对于设计而言，有很多益处。此后，分析在系统回路中使用不一样的驱动状况，针对不一样的传动系统所具有的优势，缺点分析。 论文起先分析灵巧机械手的结构，工作原理，之后给出设计方案，设计电动机的架构，此后计算出机械手的主要数据，予以选用，紧接着设计主要零部件，并且对其校核，最后以软件CAD将机械手的装配图，主要零件图画出，以软件Pro/E将立体模型建出。 关键字：灵巧手；末端执行；手部；自由度；电动机  Abstract Smart Hand is a very different end-effector. This paper introduces the research status of Smart Hand both at home and abroad. In addition, it also analyses its development status and future development prospects.In this article, it is somewhat like the shape of human hands. It collects some data of human hands. When designing a machine, it improves the data of human hands, designs a mechanical finger which is not much different from human fingers, and also analyses its degree of freedom to calculate the relevant data. When the range of motion of the mechanical finger is not greatly affected, there are as few degrees of freedom as possible. For the design, there are many.Benefit.Thereafter, the different driving conditions used in the system circuit are analyzed, and the advantages and disadvantages of different transmission systems are analyzed. First, the paper analyses the structure and working principle of the smart manipulator, then gives the design scheme, designs the structure of electric motor, then calculates the main data of the manipulator, selects them, designs the main parts and checks them, finally draws the assembly drawing and main parts drawing of the manipulator by software CAD, builds the stereo model by software Pro/E. Key words: Smart hand; End execution; Hand; Degree of freedom; Motor 目 录 摘 要 I Abstract II 第1章 绪 论 1 1.1研究背景及意义 1 1.2国内外研究现况 1 第2章 总体方案设计 3 2.1设计要求 3 2.2灵巧手功能分析 3 2.2.1仿人手分析 3 2.2.2自由度分析 3 2.3各类架构方案分析 3 2.3.1液压关节架构方案 3 2.3.2气动关节架构方案 6 2.3.3电动关节架构方案 6 2.3.4驱动方案的选择 8 第3章 设计计算 10 3.1 电动机的选择 10 3.1.1根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号 10 3.1.2启动矩频特性校核 11 3.2丝杆螺母副的选型与校核 12 3.2.1型号选择 12 3.2.2校核计算 13 3.3齿轮传动的设计 13 3.3.1齿轮尺寸计算 13 3.3.2 轮齿强度计算 14 3.4其他参数设计 15 第4章基于Pro/E的三维设计 17 4.1 Pro/E三维设计软件简介 17 4.2三维设计 17 4.2.1丝杠设计 17 4.2.2齿轮 17 4.2.3推杆、推杆筒体 18 4.2.4支座 18 4.2.5手指指节、指头 19 4.2.6手掌前盖、后盖 19 4.2.7三维装配 19 总 结 20 参考文献 21 致 谢 22 III 灵巧手指结构Pro/E设计 第1章 绪 论 1.1研究背景及意义 近些年，高新科技密集程度较高的一款机电一体化产品就是机器人。如今，科研人员重点研究多指灵巧手的抓取，把持，协调、控制位置。机械手对人手动作模仿，能够传送物料，装卸零件，更换刀具，另外还能实现装配机械，这些工作全部都是自动开展，使用机械手以后，有效将加工效率提升，折算到每一个产品上的成本投入减少不少。即使是一些环境非常恶劣的地方，比如温度很高或者很低，压力很高或者很低，有发射性物质，或者有毒的环境，机器人都能够正常开展工作，不必考虑安全性，对于人类而言，工作环境得以改善。有一些重复性的工作，尤其是非常繁重的一些工作，机械手模仿人手去开展工作，能够将人类从繁重的劳动中解脱出来，避免太过繁重的重复工作中发生安全事故，避免不必要的人员伤亡。所以，会在一些综合生产线上设置机械手，尽量少聘用人工，运用机械手以后，能够更好把控加工节奏，结合此前展述，使用模仿人手的机械手开展生产，是将来机械工业的趋势所在。 灵巧手不断向前发展，科研人员，加工单位对它越来越重视，很多行业中都开始运用灵巧手。不断发展的技术，不断完善的理论基础，在很多行业中都可以看到灵巧手的身影，并且一直在对其探索，研发，自有灵巧手诞生开始，对它的研发从来没有停止过，不光有技术层面的，还有理论中的。全球经济一体化程度越来越高，对于各行各业而言，都是机遇和挑战共存，灵巧手而言，也是发展的关键关头，因为很多工作都可以运用灵巧手去完全，完全取代人类。 1.2国内外研究现况 执行工作时，机器人就好比人类的手一样，需要和周边的环境有接触，最开始发展机器人的时候，用在机械加工行业，早期的机器人主要帮助上料，下料，工作内容非常单一，且夹持器的手指只有两个，技术一直向前发展，工业机器人开始在很多行业运用，几百种类别的机械手被研发出，都被叫做末端执行器，各式各样的工作都可以机械手来操作，从加工轮胎，玻璃，到机械零配件都可运用机械手，虽然如此，对于机器人的使用来说，末端机械手是一种受到约束的存在。所以，研发更多使用途径的灵巧手的需求应运而生。 眼下在一些发达国家，已经研发出模范人类的机械手，具有视觉还有触觉。他们正在加快速度，研发第二代模仿人类的机械手，将很多的传感器安装在机械手上，还配备微型电子计算机控制系统，让机械手能够对周边环境感知，将感受到的信息传送到信息控制系统，让机械手和人类一样能够有感知能力。 此后，第三代仿照人类的机械手也在发达国家诞生，在进行工作的时候，能够独立完成任务。一直能够持续和电子计算机，显示屏联系，慢慢的发展出柔性系统以及柔性加工单元，机械手用来搬运的，能够很快，很精准的完成工作，对于机械手需要它具备承受能力，有足够的工作空间，并且反应非常快，精度非常高，不管在什么地点都能够实现自动定位。对气动机械手设计之时，务必要满足：对工作对象所处环境进行分析，知道工作的结构，外形以及所用原料的特征，定位时精度有多高要求，实现抓取以及搬运之时，作用力的特征，规格还有质量数据等，继而能够有效控制机械手，并且对它的结构进行确定，最好选用的零配件都是标准件，设计过程不能太过复杂，不光具有通用性，还具有专用型，继而最终能够实施编程控制，且进行柔性转换。 欧洲一直处在灵巧手研究的前沿，带着别的国家对此技术开展研究，欧洲众多的国家里面，技术处于领导地位的是英国，德国还有意大利，除了欧洲国家，美国也是很早便开始研究灵巧手。机械手为多指型式，多用在人体上做假肢，上世纪70年代开始研发灵巧手，将近有十年的时间里面，灵巧手的发展极其之快，导致加工的灵巧手是多指的，涵盖美国人研发的Utah/MIT手，和人手非常的相像，人手能够实现的动作，灵巧手均可完成。世界上最为先进的灵巧手有意大利的DIST手，德国的DLR手，这些机械手智能水准很高，集成化程度很高，是一个典型的产品。 中国境内，只有北京航空大学针对灵巧手开展研究，中国此方面空白被调补，此后哈工大研发灵巧手，拥有四根手指，另外每一个手指上有四个关节，一个手的自由度有12个，此款灵巧手和人手非常相像，另外安装较多感知系统在末端。 第2章 总体方案设计 2.1设计要求 对灵巧手所用不一样的驱动方式对比，有电机式，液压式还有气压式，分析之后，以三维软件Pro/E建立灵巧手的模型。 2.2灵巧手功能分析 2.2.1仿人手分析 灵巧手比照人手设计，模仿人体手指的肌肉，神经还有手骨等，能够实现机械手的自由度，满足其对驱动所需。 人手有五个手指，其中四个手指指节有四个，关节有三个，但是大拇指的关节两个。 关节的自由度时一个，能够围绕轴实现旋转，会有肌腱存在于指骨之上，因为肌腱的连接带动每一个指骨，人手能够进行抓取，握紧等动作，指骨每一个关节都会进行动作，最特别的是大拇指，它的关节式双轴鞍，如此大拇指能够弯曲、转动，手若想实现各款动作此关节非常重要，别的四个手指在双轴鞍状关节的连接下，和手掌联系在一起，不过此时的摆动仅为小幅度的，故此若想设计便利，此处的关节被看做单轴。设计之时，着重在意大拇指关节的结构，别的四个手指，他们所进行的动作是为单轴转动，很简单。 2.2.2自由度分析 普通人生活当中，人手所起作用非常大，手指很灵活，可开展较多精细程度的工作，因为需要很高的自由度，对于手指而言，它的自由度直接关系到手指能否灵巧操作。 设计拇指时，和别的手指一样自由度有四个，一个椭球关节为双自由，还有两个枢纽关节有两个单自由度，如此整个机械手能实现的自由度有20个，在机械手腕之上存在三个自由度，整个手的自由度有24个。只是机械手腕和手掌最底部所开展的运动是相对的，所以设计时注意难度高低，另外实际操作中是否有必要，此处不需注意手腕自由度，图中有模拟展示。 2.3各类架构方案分析 2.3.1液压关节架构方案 （1）手掌、手背设计 设计手掌、手背时，秉持着方便的要求后，在比照人手的规格、数据开展，方便后期固定手指节，安设一个固定孔在手背之上。 图2.1 手指连接处 图2.2 手掌、手背 （2）远指节、中指节的设计 一个手共有手指五个，只有大拇指的指节为三个，别的四个手指里面，中远节指骨和中节指骨相连的关节，灵活性不好。为了设计流程尽量简单，此处远指节以及中指节当做一个整体，两个中间会有一个角度出现，人手较为自然的状况下，自然垂落的手指在30°，此时设计角度在150°，但是大拇指的关节为两个，此处设计拇指的远指节规格，只要对一个设计就好，下图中展现。 图2.3 普通手指 图2.4 大拇指 （3）近指节的设计 此处若想简单的设计，四个手指当中还有两个关节剩下，驱动以一个液压缸开展，以液压缸往回收缩去设计手指关节，以固定点为中心，远指围绕它进行转动，抵达极限地点之后，中指还有远指关节接着会被拉扯。 图2.5 近指节 图2.6 近指节连接 图中展现液压缸和近指节相连接的地方，图中黄色部分就是，此处因为液压缸的收缩作用，会有力作用于近指节之上，跟着近指节的转动而出现改变，图中展现黄色连接的地方，其之组成有三部分。但是手背连接中指节以及远指节，是以灰色连杆来实现，如此中指节以及远指节能够以手背上固定孔为中心，跟着近指节实现转动。 图2.7 液压缸和近指节连接 2.8 手背连接中指节 此上是为玩去处，因为黄色连接的分力方向由改变，伸直部分会导致指节无法伸直，加装一个能够回复的弹簧在近节指骨以及中节、远节指骨连接的地方，这样伸直手指能够便利的多。 图2.9 复位弹簧 （4）液压缸的设计 比照人手的掌部骨头，在手掌骨的地方安排液压缸，设计手掌以及手背为空心的，并且需要在手掌连接手背的地方，设计一个孔，方便输入液压缸的液体。 图2.10 油缸布置 图2.11 液压管通道 2.3.2气动关节架构方案 （1）设计灵感来源 手指基本实现的动作是抓取，一定要玩去手指，此处弯曲后角度最大在90°，借鉴手风琴的关节，将机械手设计为和手风琴差不多的形状。固定好下端，上端能够加大，如此一来，机械手指能够弯曲90°。 （2）手指、手掌的设计 设计手指关节的形状就好像手风琴的风箱，上侧能够充气膨胀，下端的他限制会被限制，如此方可弯曲手指。设计手指关节为中空，将气体管安排在内部，设计手掌还有近指节连接的地方和他一样。设计手掌还有手背的时候，依旧借鉴设计液压之处，需要安排一个孔在其上，便于连接气动装置。 图2.12气缸 图2.13 气缸管通道 2.3.3电动关节架构方案 （1）设计灵感来源 解刨学的有关专业知识，可知手掌面主要有屈指肌腱和腱滑液鞘、手机以及它们的血管、神经。唯有肌腱收缩，才能够让手指进行弯曲还有伸直。所以需要将电机驱动蜗轮，蜗杆传动部分展开设计，他们要结合肌腱开展。会有轴关节连接处在每一个指关节那里，确保电机输出之力够大，此处电机当用直流无刷式。 （2）手掌的设计 因为人手上拇指的近指节连接掌骨的时候，存在的自由度有两个，可弯曲，可转动，别的四个手指会对动作有一定影响，另外若想设计便利，故此四指近指节连接掌骨之时，自由度只有一个，此处手掌上拇指，对一个轴固定进行设计，此处连接以齿轮实施，如此拇指便可实现横向移动。 图2.14 拇指固定孔 图2.15 拇指 （3）手指的设计 一共有五个手指，其中四个手指中皆与液压的一致，改变的是驱动，此处齿轮以电机带动，传送到蜗轮蜗杆上，使蜗杆伸缩实现与液压缸一样的效果。 图2.16 普通手指布置 图2.17 蜗杆布置1 此处的蜗杆不同于液压缸，需要固定一个电机，需要对固定架进行设计，让蜗杆、电机一起固定，于手背之上固定固定架。 图2.18 蜗杆布置2 图2.19 蜗杆固定架 2.3.4驱动方案的选择 遵照动力源的不一样，划分机械手的驱动有：液压，气动以及电动。组合此三种成为不一样的驱动系统，他们的特征为： （1）液压驱动 因为液压技术已经相对成熟，其之动力很大，有较大力还有惯量比，回应速度非常快，能开展直接驱动等，在一些较大承受能力，较大惯量，还有易燃易爆的环境中能够工作。只是，液压系统务必要转换能量，转换电能为气压能，很多时候以节流来实现速度的调整，和电动驱动系统相比，效率要差的多，会有液体从液压系统中漏出，破坏环境，工作中会有较大噪声出现。 （2）气动驱动 速度非常快，系统的构造不复杂，修理很便利，价位也不高等。在一些负荷不大的机器人中可使用，因为无法开展伺服控制，基本上所用的机器人都以程序进行控制，举例来说在上料，下料以及冲压机器人使用甚多。 （3）电动驱动 因为交流、直流伺服电机的惯量不大，转矩很大，和其匹配的伺服驱动器所用甚多，机器人中大范围使用此类驱动系统，它能够转换能量，用起来便利，工作中不会有太大噪声，开展灵活的控制。很多电机安装好之后，还需安装非常精密的传动部分。在一些防爆环境当中不能直接使用直流有刷电机，投入资金来看，和别的驱动而比，投入资金更多。鉴于此款驱动系统有非常优越的优势，所以很多用于机器人之中。 表2.1 各种控制方式的比较 项目 气压传动 液压传动 电气传动 机械传动 系统结构 简单 复杂 复杂 较复杂 安装自由度 大 大 中 小 输出力 稍大 大 小 不太大 定位精度 一般 一般 很高 高 动作速度 大 稍大 大 小 响应速度 慢 快 快 中 清洁度 清洁 可能污染 清洁 较清洁 维护 简单 比液动复杂 需要专门技术 简单 价格 一般 稍高 高 一般 技术要求 较低 较高 最高 较低 控制自由度 大 大 中 小 危险性 几乎没问题 注意火 一般无问题 无特殊问题 液压驱动最大的好处：可对很大力传送，除了这些传送之力非常稳定，可传送较远距离，只是传送之时速度不快，缺陷就在于，使用的是工作液油，多少会有泄露出现，如此对环境而言多少会有影响，并且还会让油管出现膨胀泄露的状况，只要油管密封效果变差，导致亏损压力，出现不精准的传动比。 温度即是非常高，相比较液压以及电动驱动，气动依旧能够开展工作。 只是压缩空气有很多的不确定性，必然会干涉速度。气缸运动速度很慢，导致出现较差的速度稳定性，速度较慢的话，多少会受到摩擦力的干扰。另外相比较液压驱动，气缸输出力要小很多，并且工作中噪声非常大。 电机驱动的优势，因为有很高精准性，动力是为典礼，齿轮被带着转动，继而可传送力，也可改变力的方向。另外，还可对电力节省，如今电力的获得渠道较多，所以使用频率较高，在使用电的流程中，不会有太大耗损。另外电机驱动的控制非常紧密，能够很快达到所需要的地点，如此可以让执行零件实现开启以及停止，并且所停位置就是需要的地点。运用电能还有很多别的好处，污染不大，冷却液也可不用，噪声小等。 据此前进行的展述，文中的方案当为电动关节的结构。 第3章 设计计算 3.1 电动机的选择 灵巧手仿照人手开展工作，作为它的驱动，不光要需要电机驱动拥有较高的可靠性，有很快的速度调整区间，还拥有转矩质量比，因为电源功率会干扰到电机的转矩-转速特征，需要驱动有较宽的的高效率区旧J。历年来举办很多届机器人大赛，这些机器人所运用的电机类别有三款：步进电机，直流电机，直流伺服电机。对矩形波信号接收的电机为步进型，可对转矩，转动速度进行传送，精准度很高，缺陷在于功率较小；电机为直流型，它的响应速度非常快，启动转矩很大，转动速度从0到额定转速，能够给予额定转矩，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，需要电机转动之时，碳刷还有整流子会有火花出现，碳粉的存在，会让组件出现损伤，还会限制运用的场地；伺服电机有大有小，能够对波形电信号进行传送，有很大的转动误差，需要对校正回路加装，能够对误差补正。结合此前展述，步进电机的控制有难度，惯性很大的是直流电机，这些缺陷唯有舵机能够克服掉，当运用舵机。 其实舵机也是一款位置伺服驱动器，角度需要不停改变的较为合适，另外还能够维持控制系统。舵机为一款较为典型的闭环反馈系统，和别的电机箱体，型号选用之时还需注意力矩以及工作时的电压等，结合此前展述，市面上所销售的舵机基本合乎所求，遵照舵机的价位以及品质，最终当为Futaba$3003型， 如下流程对电机选用： 3.1.1根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号 (1)步距角 对电机型号选用，手册当中找寻一番，可有步距角,在于 再三思率之后，当用，合乎此关系式。 (2)距频特性 步进电机静转矩的最大值，就是说电机的定位转矩，它的名义启动转矩和最大静转矩之间的联系为： Mmq= 电机启动并未有其他外在的工作载荷，就是步进电机空载启动。如下关系式能够求算出电机需要多大的空载启动力矩： 起先对电机型号选用之时，理当合乎步进电机所需要的空载启动力矩要比步进电机名义启动转矩还要小： MkqMmq=λMjmax 将Mkq每一项力矩算出： ①加速力矩 ②空载摩擦力矩 ③附加摩擦力矩 3.1.2启动矩频特性校核 步进电机的工况有三：开启，快速进给还有工进运行。 此前所给出，针对刚对电机选用之后，查验电机最大静转矩是否匹配所需，并不可确保启动电机之时会有丢步状况出现，所以还需校核启动矩频特性。 启动之时，步进电机存在突跳启动、升速启动。 突跳启动会出现较大加速力矩，开启之时，必然会有丢步出现，所以使用的并不多。在升速启动之时，如果很长的时间进行升速，启动流程非常缓慢，加速力矩处于空载启动力矩当中相对较小，届时丢步的状况亦不会出现。 3.2丝杆螺母副的选型与校核 加工丝杠的单位较为专业，故此，设计务必自己开展，唯有依据运用时实际状况来对结构进行选用，此后依据载荷，转动速度对型号予以选用，之后对生产厂家购买。此中设计之时，丝杠会选用三次，作为设计者，此次选用的丝杠是用在最为关键的主轴传动之中，需要对其设计、校核。其之流程： 第一步，需要详细说明某些数据： 轴向变载荷，此中i---第i个工作载荷，i=1、2、3…n ； 匹配第i个载荷转动之时速(r/min); 匹配第i个载荷应征的时间 (h) ; 丝杠移动之时，最快的时速(mm/min); 预估丝杆能够工作时长。 3.2.1型号选择 （1）求算丝杠副的关键数据 ①遵照运用时工作要求，届时载荷系数=1.0系数=1.5； ②当量转速 ③当量载荷 ④暂且给定导程 =4mm ⑤预估丝杆工作中，转动的时速 ⑥丝杆需要多大的额定载荷 （2）丝杠所用型号 遵照所用以及求算，导程当为4mm，相比较的丝杆，额定载荷大一些。丝杠使用CDM2004-2.5型。丝杠当为外循环双管式，预紧以双螺母垫片实现。 3.2.2校核计算 （1）校核临界转动时速 校核之后，与设计较为匹配。 （2）因为要竖直摆放丝杆，作用力并不大，温度的改变也不大，此处务需校核它的稳定性，温度变形等。 （3）丝杠的预紧 预紧力通常是1/3的当量载荷，也可以是1/10的额定动载荷，表达为： 与之匹配的预紧转矩 3.3齿轮传动的设计 3.3.1齿轮尺寸计算 传动使用斜齿轮，能够较为平稳，当为=14 =19 1）修正中心距 对齿轮、求算之后，选择整数，这样中心距会有改变，遵照选定的，再一次对中心距A予以求算，以此来分配齿轮齿数。 修正中心距： （3.3） 届时算出中心距A=15mm 2）修正对螺旋角 修正螺旋角： （3.4） 届时算出 表3.1中罗列齿轮数据。 表3.1齿轮基本参数 序号 计算项目 计算公式 1 齿数 2 分度圆直径/mm 3 齿顶高/mm 4 齿宽/mm 3.3.2 轮齿强度计算 （1）求算齿轮的弯曲强度 斜齿轮弯曲应力: （3.5） 在此当中 ——所算出载荷（N·mm）； ——斜齿轮螺旋角； 应力集中系数，大概为=1.50； ——重合度影响系数，=2.0。 齿轮1，观察查齿形系数，届时有y=0.132放入其中=342.25Mpa； 齿轮2，观察查齿形系数图纸y=0.158，放入其中=121.52Mpa； 转矩是为最大值，求算出载荷，许用应力介于180~350Mpa，全部的斜齿轮合乎＜[]，弯曲强度于设计所需完全匹配。 （2）轮齿接触应力 （3.6） 当次之内 ——轮齿的接触应力,Mpa； F——存在于齿面之上法向力,N； ——圆周力（N），； ——求算而出的载荷,N·mm； E——齿轮材料的弹性模量，合金钢：E=2.1Mpa； b——齿轮接触时真实的宽,mm； 、——主、从动齿轮节点处的曲率半径（mm），直齿轮，斜齿轮；、是为主动齿轮以及从动齿轮之节圆半径（mm）。 此前所有数据放入关系式（3.6），并将作用在载荷/2所承受的载荷当做算是之中的载荷，届时得有： 全部的齿轮能够匹配关系式＜[]，接触强度达到设计标准。 3.4其他参数设计 加上平常机械手操作，能够简单手指的运动，以轴为中心，手指每一个环节转动90°，此处不需要在意在横向上手指的张开。若想驱动力矩不会受到手指的影响，务必要让结构规格靠近手指，换句话说比例在1:1。加上人手的手指，可有：远节指骨中食指、中指、无名指的规格大概在25mm，小指规格大概是20mm而大拇指规格大概是30mm；中节指骨中前三指规格大概是30mm，小指规格15mm，但是大拇指上并未存在中节指骨；在远节指骨当中的前三指规格大概是25mm，小指规格20mm但是大拇指规格30mm；近节指骨中食指、无名指大概30mm，中指在33mm，小指20mm而大拇指30mm。此处食指无名指、食指大概相同。各指骨的直径为18mm但是指节转动起来，最大的角度在90°。 第4章基于Pro/E的三维设计 4.1 Pro/E三维设计软件简介 Pro/Engineer三维软件是美国PTC公司研发的，这个软件最有名的就是参数化，是所有软件当中最早使用参数化的，如今的三维软件中依旧处于主导地位。如今的机械CAD/CAE/CAM领域之中，Pro/Engineer软件是业内公认的三维软件，并且也是主推的一款CAD/CAM/CAE软件，尤其是在中国的设计行业中，处于主导地位。 Pro/E软件第一次将参数化设计概念提出来，对于特征方面的问题，只需要单一数据库即可解决。此软件之中，运用模块方式，能够将草图画出，还可加工零件，针对装配进行设计，针对钣金进行设计等。使用者能够依据自身的实际需求，在软件中选用。主要的功能有： （1）特征驱动（举例而言：凸台、槽、倒角、腔、壳等）； （2） 参数化（其实参数就是规格，图纸当中的特征，承担的符合还有边界条件等）； （3）设计当从零部件的特征数据，载荷以及边界条件同特征数据的联系开展； （4）可针对一些较大规模的零件，非常复杂的组合零件展开设计。 （5）任何一个应用的完全相关性都贯穿其中。 4.2三维设计 4.2.1丝杠设计 下图中展现丝杠：其用于将电机的选中运动转换为直线运动实现手指的张合，工作过程中与电机、丝杠螺母连接配合使用。 图4-1丝杠 4.2.2齿轮 图中设计为每一个齿轮： 图4-2齿轮 4.2.3推杆、推杆筒体 下图中展现设计的推杆还有推杆筒体： 图4-3推杆、推杆筒体 4.2.4支座 图中为支座： 图4-4 支座 4.2.5手指指节、指头 图中是为机械手指的指节以及指头： 图4-5 手指指节、指头 4.2.6手掌前盖、后盖 图中为机械手掌前盖以及后盖： 图4-6 手掌前盖、后盖 4.2.7三维装配 图4-7 三维装配 总 结 灵巧手是为一款较为特别的末端执行器，文中首先介绍灵巧手在国内还有国外的研究，另外还阐述中国市场中，灵巧手的一些前景，另外在介绍灵巧手外形之时，期望它能够更大程度的模仿人手，依据所得到的一些人手资料，从机械设计这个角度，妥善改良这些数据，给出既能够匹配机械设计，又较为合适人手的数据。此后分析机械手指的自由度，并且展开求算，只要不干涉机械手指的活动正常开展，需要减少一些自由度，唯有如此方可促进设计，此后，以不一样的驱动探讨系统的回路，之后分析每一种传动系统的好处，不好之处。 毕业论文是大学完成的最后一次课后作业，这次作业的难度也是最大的，涉及的知识面也是最广的，为完成此次设计查阅大量的相关资料，从图书馆，报刊杂志，网络上到处搜寻有关材料，可以说查找资料的水平现在提升不少，在写论文的过程中，遇到不少难题，在遇到困难时没有退缩，勇往直前，对于我来说也是一次锻炼意志力的机会。 其实这也正是让学生们进行毕业设计的核心所在，虽然说技能的提高是少部分的，但是增强的确是对全局的把控能力，毕业论文结束之后，从设计者角度来说，积累宝贵的时间经验，理论知识停留在书本，永远只能纸上谈兵，放入到实践中去，生产中去，才是真正的武器，才能够体现它的价值。 参考文献 [1] 海向军,何烨.人体解刨学.北京：科学出版社，2013,9. [2] 徐国成,韩秋生,霍琨.人体解刨学彩色图谱（第二版）.沈阳：辽宁科学技术出版社，2010,9. [3] 张元越,液压与气压传动.成都：西南交通大学出版社,2016,6. [4] 杨昆明,马翔宇.仿生灵巧手设计与控制.煤矿机械，2018,5. [5] 罗建国,何茂艳等.灵巧手研究现状及挑战[J].机械设计，2009,26. [6] 马翔宇,杨武成,李阿为.仿生机械灵巧手的手指设计.重庆理工大学学报,2017,11. [7] 赵云伟,耿德旭等.气动柔性果蔬采摘机械手运动学分析与实现.农业机械学报,2019,1. [8] 杨昆明,申旌辉,马翔宇.仿生灵巧手的手指设计与控制.煤矿机械,2018,5. [9] 胡敏,梁聪慧,郑庆华等.多关节液压臂架实时控制软件的设计与实现.中国工程机械学报,2013,6. [10] 焦福霞.电力液压鼓式盘式制动器的性能比较.现代商贸工业，2013. [11] 徐国华，谭民.移动机器人的发展现状及其趋势[J].机器人技术与应用，2001. [12] 马颂德，张正友.计算机视觉一理论与算法基础.科学出版社，2001. [13] 张广军.机器视觉.科学出版社，2005. [14] 章毓晋.图像理解与计算机视觉.清华大学出版社，2004. [15] 杨钢,李宝仁等.气动人工肌肉特性分析的新方法.液压与气动,2002. [16] 李杰. AutoCAD 2007[M]. 北京：人民邮电出版社，2008. [17] 苏厚合,黄俊贤,黄圣杰. PRO/ ENGINEER2001入门指南[M]. 北京:人民邮电出版社,2002. [18] 朱刚. 新型流体有限元法及叶轮机械正反混合问题[D]. 北京：清华大学， 1996. [19] 龚桂义. 机械设计课程设计图册[M]. 北京：高等教育出版社，1996. [20] 黄晓华，徐建成等. 基于PRO/E的CAD/CAM技术[M]. 泰州：南京理工大学泰州科技学院，2009. [21] 刘惟信. 机械最优化设计[M]. 北京：清华大学出版社，1994. 致 谢 大学四年的时间，不算长也不算短，青春年华都在这里度过，虽然分别在即，但是依旧无法忘怀。这次毕业论文，也可以看做是大学的学习中最后一次作业，希望能够圆满完成。虽然说经过四年的专业学习，但是对于专业领域的汪洋大海而言，我所学到的知识，只能算是大海中的一片小树叶，微不足道，完成此次设计，将我所有学到的专业知识全部掏空，结合实际需要，最终将其完成。论文书写的这段时间，也遇到了不少的麻烦，不少的难题，另外论文中思虑可能并不是那么完善，终归还存在一些缺陷，所幸的是，在指导老师的帮助下，最终将问题改善，完成最终的论文。 在这里非常要感谢指导我论文的老师，因为书写毕业论文的我，专业不够硬，实践经验又不够多，所以很多时候都需要请教老师，不知道如何开展设计，但是老师的工作相当繁忙，不光要指导我们的论文，还有很多的工作要去做，这些都是我们没有看到的，但是就算如此，老师依旧没有错过毕业论文的任何一个流程，总是跟在我们身后，催促大家尽早完成任务，给大家一些中肯的指导意见，老师给所有人查阅了论文，有什么问题都给我们指出来，让我们尽早修改，可以说老师比设计者自身还要认真，还要仔细，替我们省去了很多的后顾之忧，正是因为指导老师前期的不放松和认真，才知道对待专业，对待学术就应该如此，不能大而化之，那样的话，什么事情都做不好。 另外还要感谢一直帮助我，陪伴我的同学们，因为有你们，大学生活才会如此的缤纷多彩，才不至于如此的乏味，在这里也要感谢学校，和学校的各位领导，谢谢给我这么一次机会，让我有这样的机会去独立设计。 22