两臂三关节机械手臂的系统设计与有限元分析
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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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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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
价格：免费
属性：3 页
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格式：DOCX
时间：2023-03-19
