两臂三关节机械手臂的系统设计与有限元分析

3.0 闻远设计 2023-03-19 104 4 14.16KB 3 页免费

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　　摘要：本文设计了一种两臂三关节机械手臂，该机械手臂能实现大臂的上下摆动，小臂

弯曲以及手部转动，并且整个手臂可以随支撑系统实现旋转运动，支撑部分底部装有轮子，

整个系统可以自由移动。

　　关键词：机械手臂；系统设计；三维建模；有限元分析；

　　 1　前言

机械手臂主要分为两大类，一类是工业夹持器；另一类是仿生灵巧手。工业夹持器主要是针对

特定的需要夹持的对象而设计的，例如需要夹持某个球形物体，那么机械手臂与物体的接触

表面也将会被设计成弧形的。仿生灵巧手主要是仿真人手的功能以及结构而进行设计的，关节

数以及具有的自由度数基本是相同的。

基于两种类型机械手臂的局限性，如果可以开发一种操控相对简单，承受载荷相对较大，而

且使用范围又相对广泛，不局限于某个领域，或某种场合的新型的可拆卸式机械手臂，那它

的前景将是无法估量的。

　　 2　两臂三关节机械手臂系统设计与部件选用

2.1 机械手臂系统组成、布局及方案设计

两臂三关节机械手臂主要由大臂，小臂，手部及支撑部分组成，该手臂是模仿人体手臂特点

设计的，能实现大臂的上下摆动，小臂弯曲以及手部转动，并且整个手臂可以随支撑系统实

现旋转运动，支撑部分底部装有轮子，整个系统可以自由移动。

2.2 油缸选用

手部油缸要根据所抓取物体尺寸外形及重量确定，其行程确保提供足够的夹紧力同时张开的角

度要足够大。设定机械手臂夹紧工件最大重量为 5kg, 当夹臂角度为 0 度时夹紧力最大，此时

油缸所提供的动力也最大，故以此为极限位置，校核油缸是否符合要求。经校核，该液压缸

的公称压力符合要求，油缸行程为 18mm.

2.3 齿轮组的确定

根据设计要求，该齿轮组为整个手臂旋转提供动力，过程中受摩擦力非常小，而且转速较

慢，所以对强度要求非常小，但是由于齿轮尺寸较小仍需校核。

齿轮组设计过程：（1 ）选取材料，大小齿轮均取 45 钢，小齿轮调质，大齿轮正火处理。

（2 ）精度等级选 8 级精度，按 GB/T10095. （3 ）选取齿数，初选小齿轮齿数 z1=36, 大齿轮

齿数 z2=uz1=72. （4 ）根据机械设计查表 6-1 取模数 m=1.25mm. （5 ）根据箱体大小和传动比

得中心距为 a=67.5mm, 由计算可得大小齿轮的分度圆直径分别为 d1=45mm, d2=90mm.

　　 3　两臂三关节机械手臂三维设计与有限元分析

3.1 两臂三关节机械手臂三维设计

3.1.1 手部三维设计

手部是整个机械手臂最为复杂精细的部分，最主要的执行原件。机械手臂设计的重要指标就是

夹持的稳定性要求，机械手臂能够输出足够的夹紧力，并且在操作过程中始终能够平衡目标

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摘要：

两臂三关节机械手臂的系统设计与有限元分析　　摘要：本文设计了一种两臂三关节机械手臂，该机械手臂能实现大臂的上下摆动，小臂弯曲以及手部转动，并且整个手臂可以随支撑系统实现旋转运动，支撑部分底部装有轮子，整个系统可以自由移动。　　关键词：机械手臂；系统设计；三维建模；有限元分析；　　1　前言机械手臂主要分为两大类，一类是工业夹持器；另一类是仿生灵巧手。工业夹持器主要是针对特定的需要夹持的对象而设计的，例如需要夹持某个球形物体，那么机械手臂与物体的接触表面也将会被设计成弧形的。仿生灵巧手主要是仿真人手的功能以及结构而进行设计的，关节数以及具有的自由度数基本是相同的。基于两种类型机械手臂的局限性，如果...

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