下圍棋機器人手臂設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘要  據(jù)統(tǒng)計現(xiàn)在世界下圍棋的人數(shù)正在不斷增加，而且不僅僅是傳統(tǒng)的對弈，還有網(wǎng)絡(luò)圍棋也在興起。隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在逐漸擴大，從傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域走向娛樂領(lǐng)域，于是產(chǎn)生了各種棋類機器人。 有理由認(rèn)為，圍棋機器人系統(tǒng)的開發(fā)有廣闊的市場前景。對照目前世界上陸續(xù)出現(xiàn)的象棋和國際象棋機器人等下棋機器人娛樂設(shè)備，圍棋機器人方面仍顯空白，其人機交互功能方面也有所欠缺。原因有三點：一是由于象棋和國際象棋長期以來在國內(nèi)和國際占據(jù)統(tǒng)治地位，而國粹又過分陽春白雪；二是由于圍棋的特殊性，如棋盤點多格密 (定位精度要求高 )，一 開局就沒有固定的棋子位置(棋子需要從棋罐中抓取 )，棋子形狀  (夾持裝置 )，棋子越下越多且位置和數(shù)量隨機 (圖像識別構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，國際象棋、象棋系統(tǒng)可以采用開環(huán)控制 )，有提子 (需要敏捷的提子裝置 )、打劫、多種禁著 (游戲程序的復(fù)雜性 )等特殊的對弈規(guī)則，因此動作控制系統(tǒng)與象棋有較大差別；三是下棋機器人相關(guān)設(shè)備還只作為高科技玩具來開發(fā)，實際使用較少，沒有重視交互性。  本次我設(shè)計的是下圍棋的機器人手臂，機器人手臂是機器人的主要部件，如何讓機器人的動作更加人性化，更加高效、穩(wěn)定一直是機器人手臂研究的主要內(nèi)容之一。這次我設(shè) 計的圍棋機器人手臂包括五個自由度，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)系，動作關(guān)節(jié)采用步進(jìn)電機驅(qū)動諧波減速器減速，避免了液壓驅(qū)動的清潔性問題和氣動的不穩(wěn)定問題。手爪抓取動作由一個電磁體進(jìn)行驅(qū)動，所有的電機和 運動控制卡 控制。  關(guān)鍵字 ：圍棋，機器人手臂，五自由度，步進(jìn)電機，諧波減速器買文檔就送您 紙全 套， Q 號交流 401339828 或 11970985 to o in is Go of to so a of is to of a in of Go in of is to of as  a is no of a a  a  of a be  to  a of of so as a to of is no on I o is of to s is of o I of of to of to by an of   of   文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目錄  1. 緒論  . 1 引言  . 1 國內(nèi)外發(fā)展概況  . 1 2. 總體方案  . 5 電機種類的選擇及傳動方案的確定  . 5 驅(qū)動電機種類的選擇  . 5 機械結(jié)構(gòu)傳動方案  . 6 3. 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計  . 7 機器人手爪的設(shè)計  . 7 手指的設(shè)計  . 7 錐形塊的設(shè)計及彈簧的選擇  . 7 電磁鐵的選擇  . 8 手爪外殼尺寸設(shè)計  . 8 腕部的設(shè)計  . 9 腕部角度電機的選擇  . 9 聯(lián)軸器選用  . 10 連接軸 5 的設(shè)計  . 12 腕部垂直電機 4 的選用  . 15 肘部的設(shè)計  . 21 小臂的設(shè)計  . 21 肘部電機 3 的選擇  . 21 肩部的設(shè)計  . 26 大臂的設(shè)計  . 26 肩部電機 2 的設(shè)計  . 27 底座的設(shè)計  . 32 肩板的設(shè)計  . 32 底座電機 1 的設(shè)計  . 32 4. 控制部分設(shè)計  . 33 控制方案的總體設(shè)計  . 33 圍棋軟件  . 33 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 機械手的工作的流程  . 34 機械手的簡介  . 35 機械臂的機構(gòu)和傳動系統(tǒng)  . 35 步進(jìn)電機驅(qū)動部分  . 36 手腕角度步進(jìn)電機 5 驅(qū)動器的選擇  . 37 帶諧波減速器的步進(jìn)電機驅(qū)動器的選擇  . 37 步進(jìn)電機的制動  . 38 棋盤信號檢測和反饋  . 39 運動控制卡的選用  . 40 運動控制卡型號  . 41 5. 結(jié)論  . 42 6. 參考文獻(xiàn)  . 43 7. 致謝  . 44 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1. 緒論  引言  近年來，各個國家和眾多研究機構(gòu)都在積極投入機器人的研究，覆蓋各個領(lǐng)域。機器人作為 20 世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，是現(xiàn)代機械學(xué)、自動控制學(xué)、計算機科學(xué)與工程學(xué)、人工智能學(xué)、微電子學(xué)、光學(xué)、通訊技術(shù)、仿生技術(shù)、社會學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)發(fā)展和結(jié)合的產(chǎn)物。即機器人技術(shù)是一門建立在機械、微電子、控制、人工智能技術(shù)等基礎(chǔ)上的高度綜合的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)。最初的機器人誕生于本世紀(jì) 60 年代，目前已經(jīng)發(fā)展到第三代 (智能機器人 )?？v觀機器人的發(fā)展史 和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢，可以確定，機器人必將成為現(xiàn)代化發(fā)展中不可缺少的工具。故當(dāng)今世界各國都在競相發(fā)展機器人技術(shù)，使得機器人技術(shù)無論在技術(shù)的成熟度上、數(shù)量上還是其應(yīng)用領(lǐng)域上都有前所未有的發(fā)展，因此一個世界范圍的機器人研制熱潮必將掀起。研究仿人機械手的目的，在于克服目前一般機器人末端操作手爪的局限性，擴大智能機器人在實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用范圍，使機器人能夠真正靈巧地進(jìn)行精細(xì)的、復(fù)雜的操作作業(yè)。  國內(nèi)外發(fā)展概況  (1) 2002 年 12 月上海交通大學(xué)楊汝清、王春香、張偉軍發(fā)明了一個象棋大師機器人。這個發(fā)明主要包括：計算機、機 器人手臂機器人控制器、棋盤、棋子及光電傳感器，其連接方式為：計算機通過并行端口與機器人手臂控制器連接，棋盤上有棋子，棋盤上的網(wǎng)格共有 90 個交點，每個網(wǎng)格交點處都設(shè)置光電傳感器，棋盤上 90 個光電傳感器為陣列式分布 1。  (2) 2003 年 8 月上海交通大學(xué)王春香、楊汝清、賀繼林申請了一個名為“機器人電子專用棋盤”的發(fā)明項目。這個發(fā)明由棋盤和棋子組成，將霍爾元件陣列式排布在棋盤上，該棋盤共有 M 行、 N 列，在棋盤基座背面每個格子的交叉點處有一個方孔，作為霍爾元件定位用，孔底距離棋盤基座正面約 個孔內(nèi)放置一個霍爾 元件，共有 霍爾元件，棋盤基座的每一列處開一窄槽，在棋盤行向中間處開一寬槽，作為總出線接口 2。  (3) 2004 年 6 月上海交通大學(xué)黃立波、夏庭鍇、王春香、趙維江發(fā)表了一篇名為“實時環(huán)境下的對弈機器人控制系統(tǒng)設(shè)計與分析”的文章，該對弈機器人主要由工控機、控制柜和機器人本體三大部分組成，機器人手臂采用了 構(gòu)，大小手臂的電機同軸安裝在基座上，以減小手臂轉(zhuǎn)動慣量，提高手臂的快速運動能力。手臂末端安裝的手爪可以完成上下運動（接近和離開棋盤）和開合運動（放下和抓起棋子）。機器人本體前方平臺上安放有電子棋盤 ，可感知棋局變化?？刂乒裰邪惭b有電機驅(qū)動器、繼電器組、電源等。系統(tǒng)軟件采用了基于 單處理器體系結(jié)構(gòu) 3。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 (4) 2004 年 9 月上海交通大學(xué)王春香、楊汝清、趙維江發(fā)明了一個“象棋大師機器人專用手爪”。該發(fā)明包括：直流電機，電機座，角架，連接套，導(dǎo)軌，升降螺釘，固定螺母，銷釘，螺母，電磁鐵，行程開關(guān)，電機設(shè)置在電機座上，角架、電機座、直流電機通過螺釘連接在一起，電機軸和連接套通過錐端緊固螺釘固定，連接套通過螺紋和升降螺釘連接，固定螺母通過錐端緊固螺釘和升降螺釘固定，銷釘通過螺紋和固定螺母連接，導(dǎo)軌通過螺釘固 定在角架上，銷釘在導(dǎo)軌導(dǎo)向槽內(nèi)滑動，行程開關(guān)通過螺釘設(shè)置在導(dǎo)軌的導(dǎo)向槽兩端，電磁鐵通過螺紋和升降螺釘連接在一起 4。  (5) 2004 年在上海電器技術(shù)上，同濟大學(xué)的俞清發(fā)表了一個基于單片機的圍棋機器人驅(qū)動模塊設(shè)計。針對圍棋中獨有的多子、提子現(xiàn)象以及圍棋子的特點，他開發(fā)了一種新穎實用的圍棋機器人 (統(tǒng)。整套系統(tǒng)由落提子執(zhí)行機構(gòu)、單片機驅(qū)動模塊、棋盤圖像實時采集處理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)對弈系統(tǒng)、智能圍棋決策系統(tǒng)和語音交互系統(tǒng)組成。其中，單片機驅(qū)動模塊用于驅(qū)動落、提子執(zhí)行機構(gòu)準(zhǔn)確有序的動作。在落、提子執(zhí)行機 構(gòu)中，由兩臺步進(jìn)電機控制 機械臂的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機械手的x Y 定位；由第三臺步進(jìn)電機實現(xiàn)機械手繞 Z 軸的轉(zhuǎn)動，使機械手上按棋格位置均布的 9 只機械指與棋盤縱橫線對正，從而實現(xiàn)高效提子。機械指的升降通過牽線電磁鐵驅(qū)動，機械指對含鐵棋子的吸合通過吸合式電磁鐵驅(qū)動。單片機驅(qū)動模塊對執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動是通過對步進(jìn)電機和電磁鐵的控制實現(xiàn)的 5。  (6) 2005 年 6 月哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報上張韋唯，張永德發(fā)表了一篇名為下棋機器人操作臂及手爪的計算機輔助設(shè)計的文章。該計算機輔助系統(tǒng)以 器人為載體，下棋機器人采用 3 個自由度的 器人，其中有 2 個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)， 1 個移動關(guān)節(jié)。移動關(guān)節(jié)采用的是螺母絲杠形式，實現(xiàn)手爪抓棋子的時候上下移動。共有 4 個電機，其中 3 個步進(jìn)電機， 1 個直流電機。型號為 35步進(jìn)電機控制第 1 個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)， 28步進(jìn)電機控制第二個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)， 25制第三個移動關(guān)節(jié)，直流電機控制手爪的開合 6。  (7) 2005 年在青少年科技博覽上刊登了一篇名為“弈行天下”象棋機器人的報道?！安┺奶煨小毕笃鍣C器人，是北京師范大學(xué)附屬實驗中學(xué)鄭鑫、  王晨谷和鮑等三名同學(xué)在劉海歐老師的指導(dǎo)下，研制成功的一 款能真正與人對弈的第三代象棋機器人。他們的這一作品，榮獲第十九屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽二等獎 7。  (8) 2006 年 3 月同濟大學(xué)機械工程大學(xué)王四靈的碩士學(xué)位論文設(shè)計了一個 4 自由度的圍棋機器人的動作控制系統(tǒng)。該圍棋機器人機構(gòu)由機座、手臂和末端執(zhí)行器組成。主要由回轉(zhuǎn)副和移動副組成的具有 4 個自由度、能實現(xiàn)落子和提子操作的功能的平面關(guān)節(jié)型機器人。其中，機座采用步進(jìn)電機驅(qū)動，絲杠螺母傳動實現(xiàn)機器人整體的升降運動；  大臂使用齒輪減速器，小臂使用同步帶傳動，都采用步進(jìn)電機，大臂和小臂共同實現(xiàn)機器人在平面內(nèi)的定位；末端執(zhí)行器采 用氣動裝置直接驅(qū)動，工作行程比較小，主要實現(xiàn)對圍棋棋子的吸合和松開。動作控制系統(tǒng)采用上位機和下位機兩買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 級控制方式實現(xiàn)末端執(zhí)行器的落子和提子的動作。圖像傳感器將棋盤的信息反饋給上位機，下位機主要將上位機傳送的步進(jìn)電機脈沖數(shù)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動，并附有棋鐘電路和中斷電路等 8。  (9) 2007 年在上海電器技術(shù)上，同濟大學(xué)的陳李、劉帥設(shè)計了一個用于圍棋機器人的光電感應(yīng)棋盤。該光電棋盤為機器人提供了一種新的外部信息獲取方式。它采用紅外光電耦合的原理，采集對應(yīng)棋盤位置的電壓信號值。該電壓信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器后，由單片機進(jìn) 行數(shù)據(jù)分析，單片機則根據(jù)預(yù)存的信號值范圍“判斷”落子位置與棋子顏色，從而完成對棋盤信息的讀取 9。  (10) 2007 年 9 月安徽大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、中國科技大學(xué)精密機械與精密儀器系趙吉文、張志偉、謝芳、劉永斌、程蒲在系統(tǒng)仿真學(xué)報上發(fā)表了名為“基于  仿人對弈機器人視覺圖像處理”的文章。該視覺系統(tǒng)針對對弈的實際狀況，采用彩色空間變換，閾值分割、形態(tài)學(xué)骨架化及霍夫變換等圖像處理技術(shù)，對棋局中的棋子進(jìn)行檢測、定位和分割。通過提取棋子旋轉(zhuǎn)不變的徑向像素點數(shù)特征，克服了棋子方向隨意性。而后采用支持向量機分類方 法，對棋子信息進(jìn)行分類識別，同時分析處理了誤差對識別準(zhǔn)確率的影響。實驗表明，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)定位、分割、識別棋子準(zhǔn)確無誤 10。  (11) 2008 年 2 月中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精密機械與精密儀器系張志偉、孔凡讓、趙吉文、  何清波、吳增榮在計算機與軟件上發(fā)表了名為“對弈機器人的視覺圖像處理和識別”的文章。其視覺系統(tǒng)提出了彩色空間變換 ,閾值分割、形態(tài)學(xué)骨架化及霍夫變換等圖像處理技術(shù)對棋局中的棋子進(jìn)行檢測、定位和分割的方法。在棋子識別過程中 ,為克服棋子擺放方向的隨意性 ,提取棋子旋轉(zhuǎn)不變的徑向像素點數(shù)特征 ;用  ,并采用貝葉斯正則化方法提高了網(wǎng)絡(luò)的推廣性。實驗表明 ,該方法定位、分割棋子準(zhǔn)確無誤 ,識別率較高 11。  (12) 2009年 6月青島大學(xué)趙艷云在其名為“機器人手臂下棋運動的逆運動學(xué)分析與仿真”中設(shè)計了這樣一個機器人。該機器人有一個五自由度機器人手臂，主體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)由回轉(zhuǎn)底座、大臂、小臂、腕部、手指等組成，共有 5 個關(guān)節(jié)自由度，類似人的腰部和手臂部分。機器人手臂的底座水平旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)機器人手臂的整體回轉(zhuǎn)。大臂的上端關(guān)節(jié)用于支撐小臂，大小臂可做上下俯仰運動。機器人的腕部位于小臂臂體的前端，具有手腕的回轉(zhuǎn)和俯仰轉(zhuǎn)動 12。  (13) 2011 年 4 月華南理工大學(xué)林穎、莊劍毅申請的名為“象棋機器人棋盤識別裝置”的發(fā)明專利。其結(jié)構(gòu)為：棋盤上每個棋位開有一個小通孔，電路板安裝在棋盤底部，光敏電阻分布在每個棋位的小孔里，與二極管、普通電阻逐一串聯(lián)焊接于電路板上，16 通道數(shù)字控制模擬開關(guān)、單片機系統(tǒng)也焊接在電路板上。機器人所持的棋子為透光材料，單片機系統(tǒng)通過光敏電阻電壓的變化獲知期盼的動態(tài) 13。  (14) 1997 年， M 公司的超級計算機“深藍(lán)”與當(dāng)時的國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫進(jìn)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 行了一場大肆渲染的比賽。這次被卡斯帕羅夫稱作“終于來臨的一天”的比賽以卡氏 的失敗而告終。 司將“深藍(lán)”的獲勝稱作是人工智能領(lǐng)域的一個里程碑。并且這場比賽取得的宣傳效果好得出奇，大概沒有多少人不知道“深藍(lán)”了；而卡斯帕羅夫雖敗尤榮，無數(shù)對國際象棋一無所知的人們也因此知道了卡氏的大名。但是“深藍(lán)”只是一個超級計算機，一臺只負(fù)責(zé)策略計算的計算機而不是機器人 14。  (15) 烏克蘭州立海運大學(xué) (   2000 年設(shè)計了一臺能與人對弈國際象棋的機器人。這個機器人的機械部分是一套液壓系統(tǒng)來驅(qū)動一個機械手爪的移動，由電機驅(qū)動手爪上 F 移動和開合，從 而實現(xiàn)棋了的移動功能。電氣部分由一個計算機控制，程序可以運行在 者 作系統(tǒng)下。雖然用的是普通的國際象棋棋盤和棋子，但這個機器人還不算真的與人對弈，因為機器人無法自己獲得玩家的棋子移動信息，而必須玩家在計算機上輸入棋子移動信息，然后由計算機計算對策，接著控制機器人移動棋子 15。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2. 總體方案  機器人的機械部分通常包括執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動裝置。  執(zhí)行機構(gòu)即機器人本體，為了讓機器人能夠自己抓放棋盤內(nèi)所有位置的棋子，機器人手臂須到達(dá)任意棋盤上點的上方，并且可 以到達(dá)棋簍所在位置的上方以及完成靠進(jìn)期盼的垂直方向的動作。手爪部分為了能夠順利抓取棋子，并且保持在運動中棋子不會掉落，所以要求手爪要足夠細(xì)巧且結(jié)實，并能完成 90 度的旋轉(zhuǎn)。由于棋盤空間限制，同時要求機械部分占用空間不能過大。  其臂部一般采用空間開鏈連桿機構(gòu)，其中的運動副（轉(zhuǎn)動副或移動副）常稱為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個數(shù)通常即為機器人的自由度數(shù)。根據(jù)關(guān)節(jié)配置型式和運動坐標(biāo)形式的不同，機器人執(zhí)行機構(gòu)可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、極坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式等類型。出于擬人化的考慮，常將機器人本體的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕 部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（對于移動機器人）等。  驅(qū)動裝置是驅(qū)使執(zhí)行機構(gòu)運動的機構(gòu)，為了使機器人在運動中能夠到達(dá)系統(tǒng)指定的位置且在運動中棋子不掉落，要求機器人手臂及手爪的驅(qū)動裝置運動平穩(wěn)，慣性小，可控性高，最好具有反饋功能。  按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機器人進(jìn)行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅(qū)動裝置主要是電力驅(qū)動裝置，如步進(jìn)電機、伺服電機等，此外也有采用液壓、氣動等驅(qū)動裝置。  電機種類的選擇及傳動方案的確定  驅(qū)動電機種類的選擇  關(guān)節(jié)機器人驅(qū)動系統(tǒng)包括 驅(qū)動器和傳動機構(gòu)，它們常和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)成一體，驅(qū)動臂桿和載荷完成動作。通常的驅(qū)動方式有四種 :  (1) 步進(jìn)電機驅(qū)動：可以直接實現(xiàn)數(shù)字控制、控制結(jié)構(gòu)簡單、控制性能好，而且成本低廉。通常不需要反饋就能對位置和速度進(jìn)行控制。但這也是他的缺點，由于采用開環(huán)控制，沒有誤差校正的能力，故而運動精度較差，負(fù)載和沖擊震動過大時會造成“失步”的現(xiàn)象。   (2) 直流伺服電機驅(qū)動：直流伺服電機有很好的調(diào)速特性，較大的啟動力矩，相對較大的功率及快速響應(yīng)等特點，并且控制技術(shù)成熟。其安裝維修方便，成本低廉。  (3) 交流伺服電機驅(qū)動：交流伺服電機結(jié)構(gòu)簡單， 運行可靠，使用方便，與步進(jìn)電機相比要貴一些。隨著可關(guān)斷晶閘管 功率晶閘管 效應(yīng)管 電力電子器件、脈沖調(diào)寬技術(shù) (計算機控制技術(shù)的發(fā)展，交流伺服電機在調(diào)速性能方面已經(jīng)可以與直流電機相媲美。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 (4) 液壓伺服馬達(dá)驅(qū)動：液壓伺服馬達(dá)有較大的功率，運動平穩(wěn)，定位精度較高，負(fù)載能力也比較大，能夠抓住重負(fù)載而不發(fā)生滑動，從體積、重量及功率這幾項關(guān)鍵技術(shù)考慮，不失為一個合適的選擇方案。但是，其費用較高，其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。為避免本系統(tǒng)也出現(xiàn)同類問題，在可能的前提下，本系統(tǒng)將盡量避免使用該種驅(qū)動方式。  常見的驅(qū)動器有電機和液壓、氣動驅(qū)動裝置等。其中采用電機驅(qū)動是最常用的。電機驅(qū)動具有精度高，可靠性好，能以較大的變速范圍滿足機器人的要求等特點。所以在這次設(shè)計中我選擇了步進(jìn)電機作為動力源驅(qū)動。因為它具有體積小、轉(zhuǎn)矩大、輸出力矩和電流成比例、反應(yīng)快速、功率重量比大，穩(wěn)定性也好。  機械結(jié)構(gòu)傳動方案  要實現(xiàn)總體機構(gòu)在空間位置提供的 5 個自由度，可以有不同的運動組合，出于圍棋機器人手臂擬人化的考慮，同時又要讓機器人在對弈的時候不至于占用太大的空間而給對手造成壓迫感，現(xiàn)將其設(shè)計成手臂伸縮性較好的關(guān)節(jié)坐標(biāo)型 機器人。這種機器人的關(guān)節(jié)都是旋轉(zhuǎn)的類似于人的手臂，所有關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機器人一般由立柱和大小臂組成，立柱即為腰關(guān)節(jié)，可以回轉(zhuǎn)，立柱與大臂間形成肩關(guān)節(jié)，大臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié)，可以使大臂和小臂作俯仰擺動，小臂和手腕之間組成腕關(guān)節(jié)，實現(xiàn)手腕的俯仰，同時手腕自身可以回轉(zhuǎn)。其特點是工作空間范圍大，動作靈活，通用性強、能抓取近距離的物體，工藝操作精度高。手爪部分采用四爪開合式的原因是考慮到圍棋棋盤上棋子分部的密集度。出于控制精度和方便性的考慮，以上所有關(guān)節(jié)驅(qū)動均采用步進(jìn)電機驅(qū)動，使用諧波齒輪減速機構(gòu)減速。  圖 2械傳動方案  腰  大臂  小臂  腕  手爪  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3. 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計  機器人手爪的設(shè)計  (1) 原始數(shù)據(jù)：圍棋棋子的尺寸：常用的圍棋棋子直徑 d=23度 h=5 6量根據(jù)棋子的材質(zhì)不同約在 5間  圍棋棋格的尺寸：橫向縱向 =23 242) 手指的動力源設(shè)計：分別使用四根彈簧和一個錐形塊頂住手指，用電磁鐵帶動錐形塊上下移動，進(jìn)而完成手爪的開合，開合量為單向 5 手指的設(shè)計  現(xiàn)設(shè)計爪子為 4 個，承正方形布置，爪子使用 金屬片彎曲而成，具體形狀和尺寸見圖紙。手爪 滑槽上擋塊尺寸數(shù)據(jù)詳見圖紙。  錐形塊的設(shè)計及彈簧的選擇  (1) 錐形塊外形  圖 3形塊尺寸  頂角取 60 度  圓錐直徑 d=14柱部分高度 10部螺紋孔用來連接電磁鐵  錐形塊的質(zhì)量  m=V* =2*               （ 2 (2) 彈簧的選用：  設(shè)計的手爪的寬度 此查資料選取彈簧 數(shù)如下圖所示  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 表 3簧的參數(shù)  線徑  外徑  內(nèi)徑  自由長  最大負(fù)載  受力長度  建議孔徑  產(chǎn)品編號  20730 對彈簧做力的分析：  圖 3簧受力分析  F 總 = ）（ 3*2/             （ 3       單個彈簧：             （ 3 所以錐形塊在每個彈簧上施加的水平力為 簧的預(yù)變形量為  L'=                      （ 3 電磁鐵的選擇  電磁鐵的選 用：  F 總 '=5*=               （ 3 F=  =2                  （ 3 根據(jù)設(shè)計的工作情況電磁鐵通電率約在 25% 所以選用  推式電磁鐵（詳細(xì)參數(shù)見附表）  手爪外殼尺寸設(shè)計  外殼材料選用：由機械設(shè)計手冊 2008 版查得  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 表 3根據(jù)零件工作條件推薦選用的工程塑料品種  機械零件類型  典型產(chǎn)品名稱  工作條 件  對材料的性能要求  推薦使用的工程塑料品種  一般結(jié)構(gòu)零件  殼體、蓋板、外罩、支架、手柄、手輪、導(dǎo)管、管接頭、方向盤、一般緊固件等  不承受或只承受很小的負(fù)載，工作環(huán)境溫度不高  只要求較低的強度和耐熱性能，但因用量較大，還要求成型工藝好，成本低廉  低壓聚乙烯、聚苯乙烯、改性聚苯乙烯，聚丙烯、聚氯乙烯、尼龍、   故而選用低壓聚乙烯為手爪外殼材料（密度   腕部的設(shè)計  手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的位置，以擴大機械 手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強。  腕部角度電機的選擇  (1) 手爪的連接部軸直徑 d=10 電磁鐵 G=511g 灰鑄鐵 密度 2) 計算手爪部分的重量  ：  手爪壁厚為 =5邊長 A=60度 H=170mm m 手爪 =v （ 602 170 101=97.7 g 0.1        （ 3 G 手爪 =m=                                         （ 3 (3) 計算錐形塊的重量  m 錐 =v =（ 72 10+1/3 72 12） 103 (4) 計算導(dǎo)軌上壓塊的重量  m=v =25 24 6 8 10         （ 3 (5) m 總 11+07=                                 （ 3 由于其他零部件重量影響取  m 總 =1                                                （ 3 (6) 外殼與軸 的連接：  由于手爪較輕，總重量不超過 1沖擊，低轉(zhuǎn)速，所以選用圓錐銷連接  圓錐銷尺寸如下：  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 d=5mm,a =26 3錐銷  (7) 計算并選取腕部角度步進(jìn)電機 5：  腕部旋轉(zhuǎn)直接用步進(jìn)電機驅(qū)動，設(shè)手爪及物體的 為一個細(xì)長矩形桿 ，則轉(zhuǎn)動慣量為：  2221 2122 )(12 )3(m 爪               （ 3                                                                              設(shè)轉(zhuǎn)速為： s/303 ，加速時間  ，得電機輸出轉(zhuǎn)矩為：   爪爪        （ 3                  選擇電機型號： (選自東方馬達(dá)公司的步進(jìn)電機）  由于負(fù)載很小且電機的轉(zhuǎn)動角度范圍很小所以此步進(jìn)電機的校核省略  聯(lián)軸器選用  彈性聯(lián)軸器  (1) 備有最適合搭配控制用電動機的 彈性聯(lián)軸器。  選好電動機 /減速機的種類或用途后，即能輕松地選擇  聯(lián)軸器尺寸。對包含減速機型電動機等所有電動機軸  徑均能對應(yīng)。  (2) 軸器的特點  利用鋁合金制輪轂與樹脂制星形輪構(gòu)成的 3 片結(jié)構(gòu)的聯(lián)軸器  （ 構(gòu)造簡單且能確實傳送減速機型的高轉(zhuǎn)矩。以星形  輪的適度彈性抑制電動機的振動。  1 能對應(yīng)減速機型電動機，實現(xiàn)高強度。  2 利用聚氨酯制星形輪來抑制電動機產(chǎn)生的振動。  3 齒隙 0。  (3) 聯(lián)軸方式  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 夾鉗型  此聯(lián)軸器是利用螺絲的鎖緊力量使轉(zhuǎn)孔徑收縮達(dá)到與轉(zhuǎn)軸連結(jié)的安裝方式。  因此，不會損壞轉(zhuǎn)軸而且安裝 、拆卸都很容易。螺絲的緊固轉(zhuǎn)矩請  參考下表值。在鎖緊時，建議使用扭力扳手。  表 3性聯(lián)軸器型號與緊固轉(zhuǎn)矩的關(guān)系  型號  固轉(zhuǎn)矩  N m  4)  校準(zhǔn)作業(yè)  雖然彈性聯(lián)軸器容許在校準(zhǔn)偏差的情況下傳導(dǎo)運轉(zhuǎn)角度及轉(zhuǎn)矩，但若偏差值超過容許范圍，將會出現(xiàn)振動或急速縮短聯(lián)軸器壽命的情況。因此，  請務(wù)必進(jìn)行校準(zhǔn)作業(yè)。  軸心的偏差具體表現(xiàn)為，偏心（兩軸心的平行誤差）、偏角（兩軸心的角度誤差）及軸向偏移（軸的軸向偏移）。為確保校準(zhǔn)不超出容許值范圍，  務(wù)請做好校準(zhǔn)的確認(rèn)與調(diào)整工作。  為盡可能延長使用壽命，請將偏差值控制在容許值的 1/3 以下。  圖 3性聯(lián)軸器的調(diào)準(zhǔn)  (5) 請注意：  偏差值超過容許值或施加過大的轉(zhuǎn)矩時，可能引起聯(lián)軸器塑性變形，縮短產(chǎn)品的壽命。  運行時，若發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器有異音（金屬音），請立即停止運行，檢查是否有偏差、軸干擾、螺絲松動等情形發(fā)生。  當(dāng)負(fù)載變動較大時，為了防止聯(lián)軸器的螺絲松動，請涂抹膠粘劑。  表 3性聯(lián)軸器選用  速比  電機軸徑用聯(lián)軸器  被動軸徑   5  4/5/6/文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 3性聯(lián)軸器尺寸外形圖  連接軸 5 的設(shè)計  (1) 機械材料選用  機械零件材料的選擇是機械設(shè)計的一個重要問題，不同材料制造的零件具有不同的機械性能和加工工藝和結(jié)構(gòu)形狀。機械零件的常用材料有黑色金屬、有色金屬、非金屬材料和其他各種復(fù)雜的復(fù)合材料等。材料的選用主要考慮以下三個方面：使用要求，工藝要求和經(jīng)濟性要求。傳動軸的常用材料有碳素鋼和合金鋼。碳素鋼對應(yīng)力集中的敏感性較低，還可通過熱處理改變其綜合性能，價格也比合金鋼低廉，因此應(yīng)用較為廣泛，常用 45 號鋼。合金鋼則具有更高的機械性能和更好的淬火性能。 因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。在一般工作溫度下碳素鋼與合金鋼的彈性模量基本相同。  綜上所述，軸 5 的材料取 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理，查機械設(shè)計手冊的 45 號調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)性能參數(shù)如下  圖 35 號鋼調(diào)質(zhì)的力學(xué)性能  (2) 初算軸 5 的最小直徑  m                 （ 3 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 軸工作簡圖如圖如下：  圖 3 5 的尺寸  首先確定個段直徑  A 段： 1d =6聯(lián)軸器選定    B 段： 2d =24軸肩 h（  段： 3d =20與軸承（圓錐滾子承 30206）配合，取軸承內(nèi)徑  第二、確定各段軸的長度  A 段： 1L =4 段  4             C 段  3) 軸 5 的強度校核  由于此軸最小軸徑為 6以只對這一段進(jìn)行 校核。軸的運動主要受到扭轉(zhuǎn)力 ,所買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 以只對其扭轉(zhuǎn)強度進(jìn)行校核。  軸的扭轉(zhuǎn)校核公式為 :                   （ 3 式中： T   扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 軸的抗扭截面系數(shù)，單位為  3軸的材料為 45 號鋼 ,其允許扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為    T  可知步進(jìn)電機 5 的扭矩為 段軸的抗扭截面系數(shù)位為：  163                         （ 3 將數(shù)值帶入公式計算得：                         （ 3 則：     M P   35T （ 3 由此可知，設(shè)計的轉(zhuǎn)軸強度滿足要求，可以使用。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 (4) 腕部角度電機軸承 5 的選用  51104 單向推力球軸承，脂潤滑，參數(shù)如下  表 31104 單向推力球軸承參數(shù)表  軸承代號 |51000 型 :  51104 基本尺寸 /mm|d: 20 基本尺寸 /D:     35 基本尺寸