第一篇：關節(jié)型機械手設計

摘 要 機械手，顧名思義，機械原件做成的像人手一樣的器械，可替代人手完成一些大量重復、復雜、危險的工作。機器手是由機械與電子相互結合產(chǎn)生的產(chǎn)品。使用機械手的目的有以下幾點：勞動生產(chǎn)率得到提升，使加工過程更先進，更高效，減輕人們勞動負擔，改善人們的勞動環(huán)境等等。按照要求可以進行自動化技術裝備。機械手可以代替手工進行工作，降低勞動消耗程度，改進在工作中所需的物質(zhì)設備條件，提升單位時間制作產(chǎn)品的數(shù)量。經(jīng)常在工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的頻繁工件無法用手工來解決的困難時，那么機械手就可以完美替代人手進行工業(yè)生產(chǎn)勞動；

而且，機械手的工作環(huán)境相當廣泛，可以在高低溫、放射性等有毒污染環(huán)境下工作，占據(jù)相當大的優(yōu)勢，所以機械手在工廠運作中占據(jù)著不可替代的作用。

本次課程設計基于機械設計原理，在了解了四自由度關節(jié)型機械手的基本信息后，介紹了其使用范圍，按照設計原理和步驟設計了一臺有著四自由度的關節(jié)型機械手。機械手的發(fā)明極大地改善了工人的工作環(huán)境，簡化了工人的工作內(nèi)容，提高整體的生產(chǎn)勞動效率，是人類生產(chǎn)活動中有利的幫手。本論文運用了機械手工作原理和設計、四自由度設計等各方面的專業(yè)知識，在設計四自由度的關節(jié)型機械手的過程中，結合已有的知識解決過程中的難題，并進行深入探討，如何在已有的基礎上融入自己的創(chuàng)意和想法，使機械手設計得更為簡潔，實用性更強。

關鍵詞：關節(jié)型機械手，機械設計，四自由度 ABSTRACT The manipulator, as the name implies, is a human-like device made of mechanical originals, which can replace a lot of repetitive, complicated and dangerous work.The robot is a product produced by the combination of machinery and electronics.The purpose of using the robot is as follows: the labor productivity is improved, the processing process is more advanced, more efficient, the labor burden is reduced, the working environment is improved, and the like.Automated technical equipment is available upon request.The robot can replace the manual work, reduce the labor consumption, improve the physical and equipment conditions required in the work, and increase the number of products produced per unit time.When the frequent occurrence of frequent workpieces in industrial production cannot be solved by hand, it is the most effective way to use the robot at this time;moreover, the robot can work under high and low temperature, radioactive and other toxic pollution environments, occupying considerable advantages.Therefore, the robot plays an irreplaceable role in the operation of the factory.This course design is based on the mechanical design principle.After understanding the basic information of the four-degree-of-freedom articulated manipulator, the scope of its use is introduced.An articulated manipulator with four degrees of freedom is designed according to the design principles and steps.The invention of the robot greatly improved the working environment of the workers, simplified the work content of the workers, and improved the overall production labor efficiency, which is a favorable helper in human production activities.This thesis uses the professional knowledge of the working principle , and in-depth discussion, How to integrate your own ideas and ideas on the existing basis, so that the robot is designed to be more concise and practical.Key Words: Articulated manipulator；

Mechanical Design；

Four degrees of freedom 目錄 1 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 設計目的 2 1.3 關節(jié)機械手研究概況 2 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀 2 1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3 1.4 關節(jié)型機械手構成機件的作用 4 2 總體方案設計 5 2.1 機械手工程概述 5 2.2 工業(yè)機械手總體設計方案論述 6 2.3 機械手機械傳動原理 7 2.4 機械手總體方案設計 8 3手部設計計算 9 3.1對手部設計的要求 9 3.2拉緊裝置 10 3.3機械運動范圍（速度）12 3.4手部右腔流量 12 3.5手部工作壓強 12 4 移動關節(jié)的設計計算 12 4.1驅(qū)動方式的比較 12 4.2汽缸的設計 13 5小臂的設計 16 5.1 小臂結構的設計要求 16 5.2 小臂結構的設計 16 5.3小臂電機及減速器選型 16 5.4小臂的計算 17 5.5 軸的設計計算 18 5.6 軸承的選擇 18 5.7 軸承的校核 18 5.8 計算軸承摩擦力矩： 5.9步進電動機和齒輪選擇 20 6 大臂的設計計算 20 6.1大臂部結構設計的基本要求 20 6.2 大臂的結構設計 22 6.3 大臂電機及減速器選型 22 6.4大臂的計算 23 6.5 軸的設計計算 24 6.6軸承的選擇 24 6.7 軸承摩擦力矩的計算 25 6.8步進電動機和齒輪的選擇 25 7.機身的設計 27 8 電機選型有關參數(shù)計算 27 8.1 相關參數(shù)的計算 28 8.2 電機型號的選擇 30 總結與展望 31 致 謝 32 參考文獻 33 1 緒論 1.1 引言 上世紀八十年代以來，我國的社會、經(jīng)濟、科學技術都取得了突飛猛進的進展，在科學技術這一領域，機器人學也在不斷地發(fā)展與進步。它在機械設計制造技術方面取得了非常高成果。機械手是機械和電子融合創(chuàng)新出的一款產(chǎn)品，結合了多個學科的知識，是非常有價值的新生產(chǎn)品，在機械手類型中，關節(jié)型機械手由于用途最廣泛而占據(jù)了最重要的位置。關節(jié)型機械手的研究結合許多科學，如力學，電子學信息論和計算機等，同時由于機械手的誕生，在改良和升級過程中，也促進了多種學科的發(fā)展和內(nèi)容的更新。除了關節(jié)型機械手，還有許多其他的機械手類型，在不同的工作環(huán)境下使用。

世界上第一臺工業(yè)機械手誕生于上世紀五十年代末，它的出現(xiàn)使機械手開創(chuàng)一個新的歷史時代，伴隨科技的進步，機械手的形態(tài)、使用范疇、工作內(nèi)容也在不斷改變。日本早稻田大學的加藤一郎教授認為，機械手的功能是其最重要的特征。而機械手的“雙臂”則具有極高的自動調(diào)節(jié)功能，可以維持系統(tǒng)的動態(tài)平衡。電燈泡的發(fā)明者愛迪生曾說：“在造物者的鬼斧神工中，人類的雙臂和雙腿是最偉大的杰作?！边@就說明了雙臂的重要程度，對機械來說，機械手也是同等重要。它不單使用范圍廣，而且具有很強的適應環(huán)境能力。正因為有這樣的功能為以后機械行業(yè)的發(fā)現(xiàn)開辟了無限廣闊的前景，在機械行業(yè)方面上奠定了堅實的基礎。

制作出各種各樣機械手，生產(chǎn)生活中它具備哪些作用，其包括這些方面：制造出的機械手，可在各種類型的工作環(huán)境中使用，代替人工操作，避免危險、重復、單調(diào)的工作對工人的浪費和傷害。能讓機械手熟悉和掌握人類的基本特征，在人們生活等到幫助，例如：人造假肢。它擁有非常充足動力學特證，對這方面的討論使力學和機械人的探索得到發(fā)展。機械手屬于自動化機械手，它在人類生產(chǎn)生活中表現(xiàn)出至關重要作用。

關節(jié)型機械手的定義，世界上也沒有一個明確的規(guī)定，分類方式有很多。按照美國機械手協(xié)會的對機械手的定義——聯(lián)合國也采用的這種定義方式：關節(jié)型機械手是機械手臂的一種，可重復編程，操作多種動作的多功能機械裝置，通過不同機械動作的編程方式，改變執(zhí)行的工作內(nèi)容，主要作用是搬運工件，傳遞工件等。通過外國的理解和我國對機械手的介紹和總結。關節(jié)型機械手定義是：

關節(jié)型機械手是一種自動操作機器，它像人的手臂，可以實現(xiàn)多自由度，能自由移動，靈活程度非常高的自動操作機器?？梢宰詣拥倪M行搬運和傳動各種各樣物體。

關節(jié)型機械手與人對比，機械手具備快速的移動速度，可以運輸大于自身質(zhì)量零件，定位和操作準確度都不是人手可以達到的，根據(jù)輸入的要求，外部信號的改變，機械手可以執(zhí)行各種任務，并且可以及時地更正和調(diào)節(jié)工作內(nèi)容。

關節(jié)型機械手的手臂具有很強的剛性。計算機控制系統(tǒng)屬于機械手系統(tǒng)一種，能夠使機械手自動運動。機械手可以代替手工進行工作，降低勞動消耗程度，改進在工作中所需的物質(zhì)設備條件，提升單位時間制作產(chǎn)品的數(shù)量。雖然機械手出現(xiàn)的和發(fā)展只有30多年的歷史，但是它靠著自己獨特的優(yōu)點，在世界上各種行業(yè)各個領域都得到的應用。有著非常好得發(fā)展前景，為各種行業(yè)的發(fā)展做出巨大貢獻。

1.2 設計目的 這次設計用大學四年來學到的機械設計制造及自動化的有關知識，來完成一個具有搬運功能和要求的關節(jié)型機械手設計，在此過程中可以考察自動化專業(yè)的學生對于機械制造原理、機械設計原理、機械手相關專業(yè)知識的把握程度，將理論應用于實際的能力，可以考察學生是否具備合格的專業(yè)能力。該畢業(yè)設計的指導目標非常明確，就是希望自動化畢業(yè)生能夠?qū)W以致用，將理論知識運用到實踐過程中，完成關節(jié)型機械手的整個設計過程。

要完成機械手的設計和制造，需要用到生產(chǎn)線上的數(shù)控車床、銑床等加工，整個機械手的制造過程是全自動化的。我國制造行業(yè)近年來發(fā)展形勢較好，國家投入了大量人力物力，聚攏了很多資金進入制造行業(yè)，造就了制造業(yè)的迅速發(fā)展。這次機械手的加工可以交給工廠車間的自動車床來進行，可以較好地滿足加工要求。機械手可以代替手工進行工作，降低勞動消耗程度，改進在工作中所需的物質(zhì)設備條件，提升單位時間制作產(chǎn)品的數(shù)量。

1.3 關節(jié)機械手研究概況 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀 Muybridge是最早研究動物運動機制的學者之一，他發(fā)明了一種相機，是一種觸發(fā)相機。用這種相機拍攝了各種各樣動物在奔跑時的照片。后來一個叫Demeny的人用相機對人類運動進行拍照，并對照片進行了深刻的研究。上世紀三十至五十年代間，前蘇聯(lián)的科學家——伯恩斯坦運用生物動力學理論，對動物的運動機制進行了長達二十年的研究，并提出了自己的理論成果。

在20世紀60年代對機械手進行了全面的研究。到目前為止，對機械手的研究具有比較完整的理論體體系。在日本、美國和蘇聯(lián)等國家。機械手已近研制成功。

在上世紀六十年代末，機械手控制理論取得了突破性進展，三種重要的控制方法被提出，并且成為后來學者的參考標準之一。這三種控制方法分別是模型參考控制、算法控制和有限狀態(tài)控制。各種各樣的機械手對于在這3種控制方法中都是適用的。美國學者Farnsworth提出了模型參考控制，南斯拉夫?qū)W者Mikhail提出了算法控制，美國學者Vukobratovic提出了有限狀態(tài)控制。這三種控制方法并不是獨立存在的，而是相互之間都有某種深層次的關系。

對于步態(tài)的研究，許多學者也提出了自己的看法，蘇聯(lián)的Umnov等學者提出了“最優(yōu)步態(tài)”的定義，而Kugushev等人則解釋了什么是自由步態(tài)。自由步態(tài)與規(guī)則步態(tài)是一組相對的概念。當?shù)孛媲闆r不平整，那么機械人在工作時，按照設置好的步序行進則不適應實際情況，會出現(xiàn)諸多失誤。所以機械人在走路時應該充分考慮環(huán)境的影響，實時改進步伐，以適應地面環(huán)境，這種步態(tài)就稱為自由步態(tài)。

為了提高機械手的穩(wěn)定性，美國學者Hemami等人提出，如果把系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性和和對系統(tǒng)控制能力簡化看成是一個倒立振子的模型，那么機械人前進的運動就是讓這個振子從倒立狀態(tài)恢復成直立狀態(tài)。為了使控制更為簡便容易，Hemami等人還研究了機械手的“降階模型”問題。

提出有限狀態(tài)控制方式的美國學者Vukobratovic還研究了隨著時間的推移，每個聯(lián)合系統(tǒng)的能力也會逐漸改變，但他并沒有對機械手耗能這個問題進行研究。但是在這在探索中，Vukobratovic提出個非常關鍵問題，就是表面越光滑，該系統(tǒng)損耗的功率就越小。

1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 在中國，對機械手探究和發(fā)展相比于外國要遲一段時間。從1980左右中國就開始對工作行業(yè)進行的探索和操作。1986年，進行“第七個五年”機械手項目進行考察。上世紀80年代末，我國正式高度重視機械手的設計及制造，并將該技術的探索列入了我國的“863”高技術計劃中。直到現(xiàn)在，我國依然不斷地在對機械手技術進行研究和探索，并推出新的研究成果。在之前，我國對機械手技術探究的主要原因為了與世界各個國家對機械手設計探究接軌，然而獲得一些成果。

上世紀八十年代中期，我國研究學者就制作出了一款兩腳的機械手，型號是HIT-I，它上下長度110厘米，質(zhì)量70公斤，包含10個自由度，可以地面上移動，可以左右兩側上下移動，移動距離45cm，移動速度10步每秒，隨后還制作HIT-II，HIT-III，質(zhì)量42公斤，上下長度103厘米，包含12個自由度，移動距離25厘米，移動速度達到了2.3步每秒。目前還在持續(xù)研發(fā)新型機械手，自由度超過50個，不管是移動距離還是移動速度都在前面研究的基礎之上提高了一個檔次。

在1988年，我國成功研制了多方位運動的機械手，不單可以直線前后行走，同時還可以上下樓梯，它的型號是 KDW-1，包含著六個自由度，最高的移動距離40厘米，移動速度能達到四步每秒。接著在下一年制作出了KDW-1的升級款——KDW-II，在自由度上做了拓展，總共有十個自由度。上下長度達到了69厘米，質(zhì)量也盡可能地減少，只有13公斤。1990年在KDW-II表面上添加了幾個機械手，使其變成KDW-III，包含12個自由度。在工作時，可以手臂可以自由旋轉。完成了在工作時的各個方向運動。其中移速度0.8步每秒，移動距離20厘米～22厘米，其中地面與坡面之間夾角為13度。2000年根據(jù)KDW-III條件下順利制造出我國一臺能仿照人動作“先行者”。其中上下高度1.4m，質(zhì)量20kg，具有人類五官的特征，還具有語言功能。

1.4 關節(jié)型機械手構成機件的作用 關節(jié)型機械手由三部分構成，一是包含執(zhí)行和驅(qū)動雙重系統(tǒng)在內(nèi)的機械系統(tǒng)，二是控制系統(tǒng)，以及第三部分智能系統(tǒng)。

（1）執(zhí)行系統(tǒng)：關節(jié)型機械手是依據(jù)執(zhí)行系統(tǒng)來完成關節(jié)部件的操作的，所以整個執(zhí)行系統(tǒng)包含一系列零件，如手臂、手腕、機身等，同時有這些零件所完成的動作也包含在內(nèi)。

（a）末端執(zhí)行器：機械手要想能舉起、搬動、挪動工件，需要末端執(zhí)行器來配合執(zhí)行。

(b)手腕：是手爪和手臂連接的部位，它可以使手爪按照工作的要求進行多角度運動。

(c)臂部：連接機座和手部的部分，能旋轉和升降等，可以將手抓移動到各種位置，還可以承受手抓抓工件的最大質(zhì)量。擴大機械手在工作中的活動范圍，同時還可以將載荷傳遞到機座。

(d)機身：機械手的根源，用來讓手臂運動，機械手需靠機身進行支撐。

(2)驅(qū)動系統(tǒng)：可以認為是機械手最重要的部分，機械手要想完成各種運動、操作，都需要驅(qū)動系統(tǒng)供給能量，并且驅(qū)動系統(tǒng)還可以定位等。

(3)控制系統(tǒng)：通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)需求來完成任務，在機械手運動遇到困難時會及時的給出信息。

通過各種工廠的使用情況來看，關節(jié)型機械手相較人力，可以完成許多人可以完成的繁瑣、重復的工作，也可以完成人手不能完成的危險、高難度的工作。機械手的應用可以 降低勞動消耗程度，改進在工作中所需的物質(zhì)設備條件，提升單位時間制作產(chǎn)品的數(shù)量。在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)由于工件過重或者各種原因靠人的雙手是無法進行工作的，這個時候機械手的優(yōu)勢就可以體現(xiàn)出來了。同時該機械手可以在高低溫、放射性等有毒污染環(huán)境下工作，占據(jù)相當大的優(yōu)勢，具有良好的發(fā)展前景。

總體方案設計 2.1 機械手工程概述 機械手工程具有很強綜合性，包括各種各樣知識，如力學、機構學、仿生學、機械設計、機械制造、廣電學、傳感技術、計算機技術和自動控制技術等。如今，我們系統(tǒng)地將現(xiàn)有學科內(nèi)容的知識結合起來，解決了綜合復雜的工程問題。在機械手制造方面，工程學覺得，應該看做整個系統(tǒng)進行探索，開發(fā)，創(chuàng)新應用。將系統(tǒng)的內(nèi)外部的組成部分有機的結合起來。

系統(tǒng)其實就是用整體的眼光去看待一處機械部位，這一個機械部位并不是單一的，而是由多個零件有機結合的一個整體，是由許多子系統(tǒng)按照既定規(guī)律進行組合的一個更大更統(tǒng)一的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)是作為一個整體存在的，如果被拆分成一個個零部件，則這個系統(tǒng)的功能也會喪失。所以要有整體和宏觀意識，設計和制作機器時，應該首先明確整個系統(tǒng)的框架和工作機制，所以系統(tǒng)具有以下特點：

（1）整體性：系統(tǒng)具有完整的屬性，被拆分開的話則功能喪失。

（2）相關性：在系統(tǒng)中它們都有各自相互配合，協(xié)調(diào)工作。使系統(tǒng)各零部件都具有相關性。

（3）目的性：不同的系統(tǒng)，有不同的針對性和目的性，能完成的工作是不一樣的。同時，由于結合方式的不同，系統(tǒng)的功能也會相應變化。

（4）環(huán)境適應性?：系統(tǒng)會隨著環(huán)境的改變而適應相應的環(huán)境。

所以機械手的設計和制造中，不單單只有各零部件的設計是關鍵，而且還需要將各零部件當成一個整體進行考慮，對其功能進行考察，只有滿足機器人功能的零件組合才是一個成功的系統(tǒng)。制造出具有良好機械手產(chǎn)品，用在機械工廠中來滿足工作的需求。復雜的機械手中，系統(tǒng)組成也非常復雜。

在工業(yè)操作中，機械手的功能多樣和調(diào)整的靈活性是其最重要的優(yōu)勢和特點，所以在柔性制造系統(tǒng)中，機械手可以發(fā)揮重要作用。比如靈活地傳送各類零件，完成零件的組合和裝配等。在柔性制造系統(tǒng)中，除了機械手以外，基礎的工藝設備、輔 助設備、控制裝置通過相互配合，組成了各種功能的技術綜合體系。除了制造業(yè)生產(chǎn)部門，非制造業(yè)也會用到機械手系統(tǒng)，與制造業(yè)的類似，例如醫(yī)療、農(nóng)用、軍工、采礦、交通運輸?shù)取?/p>

2.2 工業(yè)機械手總體設計方案論述（一）確定負載 國內(nèi)外目前普遍使用的機械手，額定負載大小不一，差別范圍較大，最大負載已經(jīng)超過了九千N，最小額定負載比5N更低。機械手的額定負載的大小與以下因素有關：在每個運動方向上，機械接口上所受到的的力以及扭矩。確定機械手負載也是機械手設計中較為關鍵的一步，機械手末端執(zhí)行器的質(zhì)量以及關節(jié)結構部件的質(zhì)量是這些力和扭矩的來源，除此之外，還包含工件在運動中的加速度和速度產(chǎn)生的慣性力。通過這次設計所給的參數(shù)可以知道，負載數(shù)是一個很小的值。

（二）驅(qū)動方式 伺服電動機的優(yōu)勢很多，如在控制系統(tǒng)中具有較好的控制性能，能夠精準控制速度和位置，靈活性較強等等，該驅(qū)動方式噪音較小，對周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響小，有很高效率，適用在中小型機械手中，因為這些機械手在運動中具有嚴格的控制要求，所以這次設計選用伺服電機驅(qū)動。

（三）傳動系統(tǒng)設計 在機械手裝置中盡量使機構變的緊密、質(zhì)量較輕、減少慣性力和降低占用的面積，首先在傳動鏈中需要對間隙進行處理，去除間隙可以提升機械手的運動穩(wěn)定性和精準點位。在傳動系統(tǒng)中，我們常用的傳動機構包括：齒輪傳動、蝸桿傳等。因為齒輪傳動具備高效率，有精確的傳動比，機構緊密、在作業(yè)時質(zhì)量可以得到保障、使用時間長，再加上在大學期間對傳動系統(tǒng)學習，更好的掌握了傳動比設計，齒輪傳動系統(tǒng)是適合本次機械設計的。

（四）工作范圍 機械手的工作范圍較廣，但也有局限性，工業(yè)操縱器在操作期間的操作范圍和軌道是機械手工作范圍的衡量標準，并且由工作地方實現(xiàn)。工作地方的外形以及面積會對機械手的機械坐標、自由度個數(shù)和每個機械臂的大小長短有影響，同時工作地點還會影響到機械手臂關節(jié)的旋轉角度，以及整個機械手的移動范圍。

（五）運動速度 在確定機械手的機械臂在工作時最大的運動范圍后，接下來就可以確定機械臂的運動速度，用m/s來表示，并且在每個機械臂運動的時間分派中有非常多的因素需要考慮。例如：機械臂在旋轉一圈所需要的時間，還有考慮各個機械臂在工作時先后順序。應給制作一個各個機械臂在工作不同時間的表格，并進行分析，在制作時間表格時，不僅需要思考機械臂工作時運動的范圍，還需要考慮到定位的精度是否滿足要求、驅(qū)動和控制采用哪種方式、機械臂路徑以及長短的規(guī)劃。

2.3 機械手機械傳動原理 下圖是關節(jié)型機械手的示意圖：

關節(jié)型機械手示意圖 關節(jié)型機械手的組成部件如下：

機身部位，可列舉出基座，齒輪傳動構件，軸承，步進電動機等。機身和底座用于支撐，支撐和旋轉機械臂部件，并且臂應具有非常高的硬度=度和容量，而所有關節(jié)操縱器支持工作重量和負載。這也需要底座底部的大面積，以確保機器人在運動過程中能夠正常工作。

機械臂像人的手臂一樣，分為上半部分的大臂，包括步進電動機整個臂架和齒輪傳動裝置，以及下半部分的小臂——包括小臂、驅(qū)動軸以及傳動帶等。在小臂左端，安裝有一個能使手腕運動的電動機。

2.4 機械手總體方案設計 下圖展示了關節(jié)型機械手的運動，三個旋轉機構共同完成了機械手的運動，機械手結構十分緊湊，占地面積小，并且在工作時，具有較大的靈活性。對機械手自身的長度來說，機械手工作環(huán)境比較大，可以完成所需要的工作需求。這種關節(jié)型機械手生產(chǎn)和生活有著起著至關重要作用。比如焊接、噴漆、搬運、裝配等工作。關節(jié)型機械手在生產(chǎn)和生活被普遍使用。

按照任務書數(shù)據(jù)要求應給選擇機械手類型是關節(jié)型 主要技術參數(shù)見表1-1 3手部設計計算 3.1對手部設計的要求(a)夾緊力應合適 機械手臂只有有足夠大的夾緊力才能夾住工件，避免工件掉落；

同時夾緊力也不能太大，容易導致工件形狀發(fā)生變化，而且還要要求不破壞工件面的粗糙度。而剛性較小的工件夾取的力度并不能完全不變，應該留有調(diào)節(jié)的余地，并且應該設置自動鎖，保證工作時工件的安全。

(b)開閉范圍應保持足夠 由工件外部圓的直徑長度可知,夾具尺寸至少比120mm大。

機械手的手抓具有打開關閉功能。在手抓抓取零件是，手爪打開和關閉兩點之間的最遠距離叫做閉合區(qū)間。機械手的開閉范圍受很多因素的影響，例如零件樣式和零件表面積的尺度，通常，假如在工作條件狀況允許的情況下，手爪打開和關閉之間的距離應該變的大，這樣能滿足對零件工作要求。如下圖所示：

(c)手抓的設置應合理 手腕的最前端，即是手抓所在的位置。在操作期間運動狀況是可變的，完整手抓機構的構造受零件質(zhì)量和占用面積的影響。并且手爪部還具有抓取零件，確定位置的準確度，運動速度等功能。所以，手抓在設置和制作過程中應充分考慮到使機構簡單便利的需求，盡可能自重較小，不增加整體占用空間。

(d)機械臂的手指具有較大的強度和剛度(e)除以上要求外，還應滿足：

工件大小，重量，形狀，進給和夾緊機械手機構，最常用外卡式雙指鉗口，夾取零件的常用方法用彈簧進行加緊零件，松開零件時，使用單一式液壓缸。這樣的好處是制作和使用過程都比較簡單。

3.2拉緊裝置 下圖是整個油缸的工作示意圖，油缸在右邊機器里，當不進油時，彈簧自身的彈力將工件夾緊，當進油時，單一式液壓缸使彈簧將工件松開。

P（1）設定活塞的直徑D=50mm,系統(tǒng)壓力P=25Mpa，可計算右腔推力：

（2）根據(jù)手爪抓取工件的位置，通過查表，得出以下夾緊力計算公式：

其中 N′=498N=392N，帶入公式計算得到：

可求得實際加緊力為：

取整可得：F1=3500N 由公式得：

（3）手部活塞桿行程長L的計算 取整可得：L=25mm（4）確定“V”型鉗爪的L、β。

取L/Rcp=3 式中：

Rcp=P/4=200/4=50 由公式得：L=3×Rcp=150 選用機械手手部的角度2α=120o，那么旋轉角β采取最優(yōu)旋轉角。

查表得：

β=22o39′ 3.3機械運動范圍（速度）(a)伸縮運動 Vmax=500mm/s Vmin=50mm/s(b)上升運動 Vmax=500mm/s Vmin=40mm/s(c)下降Vmax=800mm/s Vmin=80mm/s(d)回轉 =90o/s =30o/s 所以取手部驅(qū)動活塞速度V=60mm/s 3.4手部右腔流量 =60 =60×3.14×252 =1177.5mm3/s 3.5手部工作壓強 =3500/1962.5=1.78Mpa 4 移動關節(jié)的設計計算 4.1驅(qū)動方式的比較 機械手的驅(qū)動方式有四種：根據(jù)驅(qū)動是由液體還是氣體壓力，分為液壓和氣壓驅(qū)動，除此之外還有電機驅(qū)動和機械傳動。機械手的驅(qū)動方式很少只用到其中一種，大多是組合式，在一些工作比較復雜的機械手中可采取多種方式驅(qū)動，各種驅(qū)動的特點見表4-1。

4.2汽缸的設計 由于氣壓運行時較小，所以對組成氣動各個元件和加工零件的形狀，尺寸低于液壓，而且對環(huán)境沒有影響，工作時活動靈活，反應快。保養(yǎng)外型容易，利用起來安全。因為這個地方對物體的力沒有必要太大，所以選氣壓傳動。

汽缸內(nèi)型選擇：由于活塞來回移動的時間較長并且來回反復移動動，所以因此選單活塞汽缸。采用擠壓氣體的方式，活塞可在來回反復運動。

令活塞桿直徑d=12mm，則活塞桿的質(zhì)量可以估算得到：

取整可約等于5N。

取80N 氣壓缸內(nèi)徑D的計算 按《液壓傳動與氣壓傳動》公式 13-1 D表示汽缸的里面圓的大小(m)，P表示工作壓力（Pa）,表示單位時間擔負的工作量，其中單位時間擔負的工作量與汽缸工作壓力有這一定的關系，取，查《液壓傳動與氣壓傳動》表13-2 由于汽缸垂直安裝，所以取P=0.3。一般，所以選0.3 根據(jù)“液壓傳動與氣壓傳動”表13-3得出圓的直徑為40mm 一般，此選0.3 mm 汽缸壁厚的計算 根據(jù)“液壓傳動與氣壓傳動”表13-5查得 汽缸重量的計算 其中：R表示汽缸外部圓的半徑，r表示汽缸里面圓的半徑，h表示汽缸尺寸，g取10，表示汽缸材料密度 取25N 5小臂的設計 機械臂是機械手的主要操作部分，它的功能是支持手爪和手腕，機械臂可以使零件的方位發(fā)生變化。手臂的運動決定手爪的活動范圍。

5.1 小臂結構的設計要求(1)小臂選取的材料很堅固，應正確選用機械臂部的表面外形和尺寸，普通用鋼管做機械臂和導桿。支撐板由工字鋼和槽鋼制成。用來保證剛度的要求，達到最佳選材效果(2)偏重力矩不能過大。

(3)機械臂本身的質(zhì)量和慣量都不能太大，這是為了盡可能地減小機械臂在工作過程中遭受的沖擊和碰撞，緩沖是解決辦法之一，同時機械臂的結構應該設置得更為緊湊合理，保障一體性，重量上也需要達到較輕程度，這樣可以降低慣性力。

(4)具有較好的導向性。

5.2 小臂結構的設計 小臂的表面采用工字鋼的造型，抗變型程度可以顯著增強，小臂的表面積也可以因此設計的更小。從而可以降低機械手小臂重量，降低的制造的成本，手臂活動起來也方便快捷。

5.3小臂電機及減速器選型 將小臂轉速w設置為15度，角速度從0一直增加到15度所需要的時間為，輸出轉矩計算得到：

當考慮慣性力矩和圍繞機器人臂的每個部分的重心的摩擦力矩時，在臂的旋轉開始時假設起動扭矩為10N / m并且安全系數(shù)為2。

這是輸出諧波減速器所需的最小轉矩計算為：

選擇型號為XB3-50-100的諧波減速器，額定輸出轉矩和減速比分別為：20N.m，i1=100 設諧波減速器的的傳遞效率為：，可計算出步進電機應輸出力矩：

選擇型號為55BF003的BF反應式步進電機 靜轉矩：0.686N.m 步距角：1.5° 5.4小臂的計算 選10號工字鋼。理論重,小臂長為600mm。

較核：（N）取75N 其受力如下圖: F=75+105=180（N）根據(jù)“材料力學”公式5.11 其中h表示工字鋼的長度，b表示 工字鋼腰部的長度，Q表示受到的力。

所以 所以選10號工字鋼合適。

5.5 軸的設計計算 軸的直徑為20mm，材料為45號鋼。

受力如下圖: 驗算：

F=180N 所以合適 5.6 軸承的選擇 由于上軸承僅承受徑向力，下軸承承受軸向力和徑向力，因此選擇圓錐滾子軸承，并根據(jù)“機械零件手冊”表9-6-1（GB 297-84），選擇7304E。

d為20 mm e為0.3 5.7 軸承的校核 由于臂軸承在工件工作期間以低速振蕩，因此需要進行軸承試驗。如果接觸應力太大，則永久壓痕也會增加（即，材料具有不可接受的永久變形）并且選擇負載能力。公式是：

根據(jù)“機械設計”13-17 其中靜載荷用表示，軸承靜強度安全系數(shù)表示，都是由軸承的使用決定的。根據(jù)“機械設計”表3-8 作搖晃運動軸承,在碰撞時產(chǎn)生不同的載荷, 此處1.5.上軸承受純徑向載荷, 所以 因此軸承合適.下軸承受徑向和軸向載荷, R為徑向載荷 A為軸向載荷 用X 和Y分別代表徑向和軸向載荷系數(shù)。根據(jù)“機械設計”表13－5查取需要的參數(shù)值 從 可得：

進而，從而軸承是適合的并且承受的力較小，不必進行校準。

5.8 計算軸承摩擦力矩：

如果（C和P分別表基本額定動載荷和當量動載荷），根據(jù)“機械設計手冊”第二版(16.1-13)公式: 估算可以得到數(shù)值 上式子中的FD分別是滾動軸承摩擦因數(shù)，軸承載荷，軸承內(nèi)徑。

查表可得得 所以 根據(jù)“機械設計手冊”第二版 表16.1-29得，同樣可以估算 保留兩位小數(shù)是0.1 5.9步進電動機和齒輪選擇 驅(qū)動機械臂的力并不需要多大，精度沒有特別高的要求，控制越方便越好，所以選擇步進電動機的時候，最好是誤差不容易積累的類型。

可選擇步距角度較小并且同時還能達到最大靜轉矩，兩個要求都滿足的情況下，矩頻特性就可以不用考慮了，因為轉速不大，按照參數(shù)表可以選45BF005，相關參數(shù)為：步近電動機矩角=1.5°，U=27V，最大靜轉矩0.2N/M，m=400g,D=45mm,l=58mm,軸的直徑4mm。

驗證精度后發(fā)現(xiàn)可以滿足要求：

采用一級齒輪傳動，目的是為了提高精度：.5 和的齒數(shù)分別為二十和七十。

根據(jù)“機械原理”表8-2標準模數(shù)系列表GB1357-87取m=1，取 則 齒輪寬度計算：

根據(jù)“機械設計”表10-7 圓柱齒輪的齒寬度系數(shù) 兩個軸承相對于小齒輪對稱布置，取值范圍在0.9-1.4之間，本文取1.則 兩個齒輪組裝在機械手機上后，應避免少量齒輪在軸向上錯位，使齒輪的齒輪寬度減小，因此寬度需要再增加一些，所以需要24 mm。

大臂的設計計算 6.1大臂部結構設計的基本要求 在關節(jié)型機械手中，大臂用來將機身和小臂結合起來，并且?guī)有”圩鲂D。

是最為重要的零部件之一，大臂部運動的目的:主要帶動小臂部運動這樣可以使手部抓取的工件按任意方向轉動，達到工作的需要。假如改變了手部旋轉姿勢，那么機械手臂部自由度得到實現(xiàn)。因此，一般來說臂部設計基本要求:(1)大臂應當有很強的承受能力、硬度要好、自身的質(zhì)量輕。

手臂部通常是彎曲的(可以在任何地方發(fā)生的彎曲)，而且還能扭曲，因此使用更大硬度的彎曲和抗扭的橫截面形狀，所以在具有同等大的橫截面積下，重量基本一致的前提下，圓鋼的軸向力矩是遠小于工字鋼，鋼管和槽鋼的。所以在制造關節(jié)型機械手的導桿時，鋼管是合適的材料。用工字鋼或槽鋼作為支撐鋼，這樣不僅提增大了機械手臂的硬度，還大幅度降低了自身的重量，而且在空心的內(nèi)部還可以裝備驅(qū)動裝置、傳動裝置以及管道，由此可以讓機械臂結構緊密、外部形狀看起來美觀又能節(jié)省制作時用的材料。

(2)大臂的運動速度快，慣性小 通常情況在，手臂在工作時要運動速度均勻，正常工作是這樣，但是在啟動和關閉的時候，運動狀態(tài)發(fā)生了改變，所以瞬時速度也發(fā)生了變化，要求機械手在開始時，加速度不能太大，在停止時，速度不能過快，為了避免發(fā)生碰撞和損壞，要不然會引起手臂碰撞。

(3)為減少剛體繞軸轉動時的慣性量度，對其作出了規(guī)定: 第一，機械臂制作應選擇自重輕，有一定剛度和硬度的材料 第二，機械臂整體尺寸盡量縮減 第三，回轉半徑應盡量減小 第四，緩沖裝置的設置必不可少(4)手臂應靈活運轉。

降低臂在工作時個工件之間存在摩擦力，選用滾動摩擦去替換滑動摩擦。

(5)要求有較高的位置精度。

機械手的位置精度依照關節(jié)手的不同類型而不同，關節(jié)型的機械手就屬于較難定位，位置精度不好控制的一種類型，所以更需要在關節(jié)型機械手的設計過程中，對位置精度提出更高的要求。為了提高機械臂的定位精度，可以在小臂上設置定位裝置，同時應設置相應的位置檢測裝置。

機械臂的外壁材料采用鋁合金，就是為了使機械臂的強度和硬度達到要求，同時可降低機械臂質(zhì)量，降低機座關節(jié)型電動機所承受重量并增大了機械臂運動時瞬時反應的困難。壁厚不能鑄造得過大：各種各樣合金材料都有適合自己厚度，各種各樣合金的“最小壁厚””也是不一樣的。壁厚是跟材料和尺寸相關，下表反映了壁厚和尺寸材料的關系：

上表描述了砂型鑄件結構設計的特點，但在鑄造工藝的特殊情況下，工藝和方法的不同，應根據(jù)鑄件結構的不同應采用不同的鑄造方法，性能也不一樣。關節(jié)型機械臂的外幣材料采用的是鋁合金，生產(chǎn)方式為鑄造。

6.2 大臂的結構設計 大臂機身材料使用鑄鋁材料，形狀為長方形，自身的體重較輕，具有較大的強度和硬度。

6.3 大臂電機及減速器選型 假設臂部圍繞軸的質(zhì)量：

大臂轉速為每分鐘十轉，轉矩如下：

式中：T-旋轉開始時轉矩 N.m J – 轉動慣量 kg.m2-角加速度rad/s2 到所花費時長：則：

當考慮慣性力矩和圍繞機器人臂的每個部分的重心的摩擦力矩時，在臂的旋轉開始時假設起動扭矩 10Nm和安全系數(shù)2。

這是輸出諧波減速器所需的最小轉速。則可以得到：

選擇諧波減速器：

⑴型號：XB3-50-120（XB3型扁平式諧波減速器）額定輸出轉矩：20N.m 減速比：i1=120 設諧波減速器的的傳遞效率為：，步進電機應輸出力矩為：

選擇BF反應式步進電機 型號：55BF003 靜轉矩：0.686N.m 步距角：1.5° 6.4大臂的計算 選14號工字鋼。理論重,大臂長為700mm。

較核：（N）取140N 其受力如圖: 依據(jù)書中公式可知：

其中h表示工字鋼的長度，b表示工字鋼腰部的尺寸，Q表示所受的力。

算出 結果表明10號工字鋼是適合的。

6.5 軸的設計計算 軸的材料選擇為45號鋼，D=20mm。

其受力如下圖: 驗算：

材料選擇和直徑選取是可以的。

6.6軸承的選擇 當工件工作時，臂軸承總是以低速擺動，因此需要進行軸承檢查。如果接觸應力太大，永久壓痕也會增加（即，材料具有不可接受的永久變形）并且軸承載荷是：

上式中的分別是靜載荷和軸承靜強度安全系數(shù)，根據(jù)書上表中的數(shù)據(jù),在碰撞時產(chǎn)生不同的載荷,選擇1.5是合適的.上軸承受純徑向載荷, 因此 可知軸承的選擇是可以的 下軸承受徑向和軸向載荷, R為徑向載荷 A為軸向載荷 用X 和Y分別代表徑向和軸向載荷系數(shù)。那么需要的參數(shù)值根據(jù)“機械設計”表13－5查取 依據(jù) 可得到 因此 可知軸承的選擇是可以的，不必校準因為受力小。

6.7 軸承摩擦力矩的計算 如果（C表示基本額定動載荷，P表示所受當量動載荷），那么數(shù)值根據(jù)“機械設計手冊”第二版(16.1-29)公式: 估算 其中:滾動軸承摩擦因數(shù)用代表，軸承載荷用F代表，軸承內(nèi)徑用d代表。

查表《機械設計手冊》第二版 表16.1-29得，所以也可以用這個公式估算 所以 根據(jù)“機械設計手冊”第二版 表16.1-29得，所以也可以用此公式估算 所以 取0.1 6.8步進電動機和齒輪的選擇 由于機械臂需要較少的驅(qū)動功率并且所需的精度不是很高，因此選擇具有實際控制和輸出角度而沒有頻繁累積誤差的步進電機。

步進電機選擇：步進角必須更小，并且需要最大靜態(tài)扭矩。由于發(fā)動機轉速低，因此不需要考慮轉矩頻率曲線。為此，請根據(jù)“機械和電氣設計一般說明”中表2-11中反應型BF的步進電機技術參數(shù)檢查表格。

選擇45BF005。相關參數(shù)為：

步進電機的扭矩角為1.5°，U=27V，最大靜止扭矩為0.196Nm,m=400g，外徑為45mm，長度為58mm，軸直徑為4mm。

進行精度驗算后發(fā)現(xiàn)：

精度是不滿足要求的,所以直接傳動的可能性被排除了,需要變速機構來輔助完成傳動，此處選擇直齒圓柱齒輪是合適的。

一級齒輪傳動有助于提高精度： 的齒數(shù)分別是二十和七十。

根據(jù)書上相關參數(shù)表，取，則 齒輪寬度計算：

根據(jù)“機械設計”表10-7 圓柱齒輪的齒寬度系數(shù) 兩個承相對小齒輪進行對稱布置取0.9—1.4,選擇1是合適的 則 兩個齒輪組裝在機械手上后，應避免少量齒輪在軸向上錯位，使齒輪的齒輪寬度減小，因此需要適當加寬，所以需要24 mm。

7.機身的設計 機械手的機身是直接支承和傳動手臂的部件。通常促進機械臂的運動。起落、回旋等操作的驅(qū)動裝置和傳動構件都裝配在主體上。要不就組成機身主體與底盤相通。機械臂和身軀的配置組成說明了機械手機構的基本分布。

機械臂機構的主體設計為座椅式。使得機械臂裝置獨立，具有獨立系統(tǒng)的整體機構，易于任意擺放和移動，還具有行走功能。機械臂裝置在底座中柱之間，常在回旋型機械臂裝置。手臂的旋轉由齒輪在減速器軸上的旋轉從而帶動機身的旋轉，可以實現(xiàn)自由度。

機身部運用了電動機，為了帶動機身的回旋轉動。

帶動機身回轉的電機：

初選轉速 W =60o/s N =1/6轉/秒 =10轉/分 由于齒輪 I =3 減速器 I =30 所以 n =10×3×30=900轉/分 使用 Y90L-6型籠型異步電動機 電動機采用B級絕緣。外部防護等級為IP44，降溫方式為I（014）U為380V，P為50Hz 如表 Y90S-6電動機技術數(shù)據(jù)所示：

Y90L-6電動機技術 型號 額定功率KW 滿載時 堵轉電流 堵轉轉矩 最大轉矩 電流 A 轉速 r/min 效率 % 功率因素 額定電流 額定轉矩 額定轉矩 Y9OL-6 1.1 3.2 910 73.5 0.72 6.0 2.0 2.0 8 電機選型有關參數(shù)計算 8.1 相關參數(shù)的計算(1)如果傳動負載的運動方式為直線運動，那么有 負載額定功率：

負載加速功率：

負載力矩：

負載：

起動時間：

制動時間：

(2)若傳動負載作回轉運動 負載額定功率：

負載加速功率：

負載力矩：

起動時間：

制動時間：

式中-----為額定功率，KW；

-----為加速功率，KW；

-----為負載軸回轉速度，r/min；

-----為電機軸回轉速度，r/min；

-----為負載的速度，m/min；

-----為減速機效率；

-----為摩擦系數(shù)；

-----為負載轉矩（負載軸），；

-----為電機啟動最大轉矩，；

-----為負載轉矩（折算到電機軸上），；

-----為負載的，；

-----為負載（折算到電機軸上），；

-----為電機的。

因為機械臂的腰部沒有受其他扭轉力，只有摩擦力，但它存在旋轉軸上。

式中-----為滾動軸承摩擦系數(shù)，取0.005；

-----為機械手本身與負載的重量之和，取100；

-----為回轉軸上傳動大齒輪分度圓半徑，R=240。

將這些數(shù)據(jù)帶入計算得到的結果為: =0.12；

同時，腰部回轉速度定為=5r/min；

傳動比定為1/120；

且，帶入數(shù)據(jù)得：

=10.45667。

帶入計算公式式，可以算出：

并且計算出啟動和停止時間 ；

；

負載轉矩（折算到電機軸上）算出來是：。

8.2 電機型號的選擇 按照上文的計算和分析，可以選擇三種型號的步進電機：

110BYG550B-SAKRMA-0301 或 110BYG550B-SAKRMT-0301 或 110BYG550B-BAKRMT-0301, 以上選擇的步進電機具有以下特點：轉矩高，振副頻率小，各種功能都比較良好，下面是此型電機矩頻有關性能參數(shù)。

采用升頻升壓的驅(qū)動方式，步距角度為0.36°。

機械臂的腰部齒輪傳動比為一比一百二，減速以后，步進電動機被驅(qū)動到旋轉軸，在理論上，電動機實際步進角應該是旋轉軸的實際的步進角的120倍，旋轉角的最小步距角也時非常小的，因此精度非常高，他只是滿足機械手在工作時有很好位置確定。

圖3-2 所選電機相關參數(shù) 總結與展望 本文首先研究了關節(jié)型機械手臂整體機構的運轉方式和功能，重點完成了各重要零件的設計計算。

因為對關于機械手制作設計過程并不是很了解，如傳感器技術、控制技術等，仍然有很多需要去更深一步討論或者研究：

(1)對機械手的機械結構進一步優(yōu)化和升級 機械手的設計和制造過程中，最關鍵的兩個部分，一是機械臂的設計，二是對每一個模塊的細節(jié)化設計，對機械臂的每一個重要零部件，都進行協(xié)調(diào)設計和規(guī)結構規(guī)劃，以保證在組合成一個系統(tǒng)的整體時可以有效運轉。但是在設計過程中，每個參數(shù)的選擇都要經(jīng)過合理的運算，并且要符合強度和硬度的多方位要求，有相當多的零件為了滿足設計要求的值，實際零件會比計算選擇的結果小。在一些非關鍵的零部件的設計上，通常會采用前人經(jīng)驗進行型號選擇，這樣會導致制造零件時的材料浪費，也在無形之間增加了機械制造成本。

（1）在機械臂的設計過程中，計算機有限元軟件分析是比較有用的工具，但是由于筆者缺乏對相關軟件的了解和認知，可以得到零件的強度和剛度以及機械臂動力學分析達到最有的結構，所以在此次設計中并沒有用到，之后可以進一步學習。

（2）筆者在論文中并沒有深入討論機械手控制系統(tǒng)如何建立，控制系統(tǒng)中涉及到的運動如何控制、路徑如何規(guī)劃、如何進行定位和導航等等技術都是以后的研究方向。

機械手在工廠及非制造業(yè)公司中有非常廣闊的用途，并且隨著技術的提升，會有更廣闊的的技術前景。如應用在軍事中的話，我國的國防和軍事力量也將有顯著的進步。在此次機械手的畢業(yè)設計中，筆者及同學都積累了大量理論應用于實際的經(jīng)驗，也對關節(jié)型機械手的認知更為深刻，相信筆者可以在改良機械手的進程中貢獻自己的一份力量，使機械手臂的技術更為先進、實用程度更高。

致 謝 經(jīng)過近三個月的畢業(yè)，最終論文終于完成了。在此期間，我成功完成了四年大學知識的最終設計。一步一步的地進行理論設計計算，機械結構的設計，技術圖紙的繪制，撰寫設計規(guī)范等。個人理論水平和個人的實際操作技能的設計得到了進一步改進和有關個人的技能在設計，分析和實際應用等方面的實踐，同時采用以前學到的知識。得到鞏固和加強。

最終項目已成功完成。我的導師和同學在專業(yè)知識方面給了我很多幫助。我想先謝謝他們。在初步設計階段的準備階段，我的導師非常關注我的設計題目，給出了主題的方向，并幫助分析了主題的可行性和實際情況中可能出現(xiàn)的問題。在選擇過程中，向我展示需要掌握的知識量，并幫助我分析設計知識和困難的原則，以便我的最終設計能夠順利進行。

與此同時，我要感謝那些在大學里沒有給我很多幫助四年的老師們。他們的教誨使我學到了很多專業(yè)知識，為我未來的工作和未來的學習奠定了堅實的基礎。正是老師們的敬業(yè)精神使我更加了解應該如何做事、做人，并給我一個關于我未來生活的更深刻印象。我真誠地感謝所有幫助過我的老師。此外，我很感謝許多其他學生，他們的許多想法和建議給了我很大的啟發(fā)。謝謝你們！由于時間和個人知識和技能有限，論文中可能存在缺陷或錯誤。希望老師批評和糾正。謝謝！參考文獻：

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第二篇：《關節(jié)》教學設計

《關節(jié)》教學設計

一、教材分析：本課通過觀察、體驗等探究活動引導學生認識人體的主要關節(jié)及其作用。具體認識人體的幾個大關節(jié)。了解各大關節(jié)的名稱及其作用。在引導學生了解常見關節(jié)病變得基礎上，向?qū)W生進行關節(jié)衛(wèi)生保健教育。

二、教學目標：

過程與方法

1、能夠通過活動找出人體上可以自由活動的關節(jié)；

2、能夠通過多種活動體驗、比較人體上各種關節(jié)的多種連接方式；

3、能夠借助于模型、實物等了解幾種常見的自由活動關節(jié)的工作方式及原理。

知識與技能

1、知道骨頭與骨頭相連的地方叫關節(jié)；

2、知道有了關節(jié)，骨可以按不同的方式運動；

3、認識鉸鏈關節(jié)、旋轉關節(jié)、鞍狀關節(jié)、球狀關節(jié)等四種常見的自由活動關節(jié)。

情感、態(tài)度與價值觀

1、體會到關節(jié)在人體各種運動中所發(fā)揮的重要作用；

2、認識到人體各部分的結構與功能是緊密聯(lián)系并相互適應的；

3、感受人體關節(jié)的神奇與巧妙，激發(fā)研究人體的興趣。

三、教學重點：

認識關節(jié)的運動作用和緩沖作用 教學難點：

認識關節(jié)類型和運動方式

四、教學準備：

1．學生課前準備一些方便用來固定手指、手臂、下肢等部位的木棒、膠帶等物品；

2．四種常見的自由活動關節(jié)的模型及生活中具有相似結構特點的某些物品，如鉸鏈關節(jié)——鉸鏈、旋轉關節(jié)——旋轉式門鎖等； 3．課前去菜場購買部分豬蹄、去肉排骨等作為觀察關節(jié)連接的材料； 4．學生課前吃雞、鴨、排骨等的時候注意觀察動物的骨頭與骨頭之間是如何連接的。

五、教學過程設計

一、交流談話，揭示課題

1．投影出示邁克杰克遜跳舞的視頻，觀察：他的舞姿為什么能與眾不同？

2．學生交流介紹。

3．提問：人可以靈活地做各種動作跟我們身上的哪部分結構有很大的關系呢？（揭示課題：關節(jié)）4．談話：關于關節(jié)，你想知道些什么？

二、認識關節(jié)，體驗關節(jié)的作用

1．講解：什么是關節(jié)？（骨頭與骨頭相連的地方叫關節(jié)）2．講述：人體的支架——骨骼是一個完整的整體。人體由許多塊小骨組成，而不是一塊塊的大骨，每兩塊小骨之間由關節(jié)相連。3．介紹：關節(jié)可以分為固定關節(jié)和活動關節(jié)兩種。身體內(nèi)的某些關節(jié)以某種方式連結后，骨的活動性較小，或是不能運動。我們把這些骨的連接叫做固定關節(jié)。頭蓋骨的骨就是由固定關節(jié)連結的，連接肋骨和胸骨的也是固定關節(jié)。人體內(nèi)的大多數(shù)關節(jié)都是活動關節(jié)。活動關節(jié)使人體能夠進行大幅度的運動。

4．小組活動：活動一下身體，找一找身上有哪些是可以自由活動的關節(jié)，在人體圖上標出來。5．匯報交流，實踐體驗。

三、做找關節(jié)的游戲。

1.設疑：這些可以自由活動的關節(jié)有什么作用呢？你能想辦法設計實驗驗證一下嗎？

談話：如果這些自由活動的關節(jié)不能夠自由活動了，會出現(xiàn)什么樣的情況呢？

2.活動：分組實驗活動，體驗一下，關節(jié)綁住之后做這些動作跟原來比較有什么不一樣？

（1）綁住食指關節(jié)——寫字、穿回形針項鏈、把豆子放進小口瓶；

（2）綁住肘關節(jié)——系鞋帶、拉拉鏈、寫字；

（3）綁住膝關節(jié)——走路、下蹲。

3.匯報實驗結果，交流試驗體驗。

4.小結：如果沒有關節(jié)，人體就會像木板一樣僵硬。

四、體驗關節(jié)的多種連接方式

1．活動：按要求做各種動作，比較一下，身上的關節(jié)所能夠做的動作有什么不同。2．學生交流匯報。

3．預測：里面的骨頭是怎么連接的？

4．談話：你的預測正確嗎？請閱讀資料：四種常見的自由活動關節(jié)。5．學生交流討論。

6．出示豬蹄、排骨等實物，指導學生觀察骨與骨之間是如何連接的。7．完成下列各項活動：

（1）轉動你的胳膊；

（2）推開門；

（3）從桌子上拿起一本書；

（4）大幅度甩手；

（5）轉動你的頭；

（6）跪下。

列出完成每一項動作所涉及到的關節(jié)的類型。

8．對號入座——找一找身上還有哪些部位的關節(jié)分別是這四種常見關節(jié)類型。

9．小結：不同的活動關節(jié)使人體能以多種方式運動。

五、總結拓展

1．談話：通過今天這節(jié)課的學習，你對關節(jié)有了哪些了解？ 2．思考：關節(jié)還有什么作用？

3．活動體驗：將你的腳尖踮起，然后迅速將腳跟落下。比較一下，在身體挺直和膝關節(jié)彎曲兩種狀態(tài)下，做這個活動你的感覺有什么不同？

板書設計：關節(jié)

骨頭與骨頭相連的地方

第三篇：《關節(jié)》教學設計

《關節(jié)》(教學設計)

學習目標：

1.能應用已有的知識和經(jīng)驗對所提出的問題作假設性解釋。

2.想知道，愛提問，用學到的知識改善生活。3.認識關節(jié)，知道六大關節(jié)的名稱，了解所在位置及其作用。教學過程描述：

一、導入新課

同學們見過機器人嗎？ 誰來學學機器人的行走？

機器人行動起來與我們有什么不同？

你知道為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？（機器人沒有關節(jié)、機器人的關節(jié)不靈活）原來，機器人活動不靈活與關節(jié)有關。

這一節(jié)課我們就一起來學習關節(jié)。（板書課題：關節(jié)）

二、學習學習目標

（課件）教師出示學習目標，學習目標在我們的預學案上已經(jīng)有了，同學們也都看了。

三、交流預習情況

課前我們進行了預習，請同學們拿出預學案我們交流一下，在交流之前先看一下交流提示。（課件出示交流提示）（生讀）

學生組內(nèi)交流。

哪個小組先來匯報一下你們的交流結果。

剛才同學們在交流的過程中提出了很多問題，今天我們就利用這節(jié)課的時間來認識關節(jié)。

四、學習新課

什么是關節(jié)？我們身體哪些地方有關節(jié)呢？這些地方有什么特點？下面我們打開導學案看一下活動一。

（一）活動一：認識關節(jié)。

1.活動活動身體，找一找身上哪些地方有關節(jié)？說給同桌聽聽。（肩膀、胳膊肘、手指、手腕、腳腕等）

2.小組內(nèi)討論：這些地方與其他地方有什么不同？這些地方又有什么共同特點呢？

（這些地方能夠活動，這些地方都是兩塊骨的交接處）

通過剛才的活動和討論，同學們知道什么是關節(jié)了嗎？（板書：骨與骨連接的地方 活動）

（二）活動二：認識六大關節(jié)的位置及作用。

1.剛才同學們在身體上找到了這么多的關節(jié)，下面我們主要認識六大關節(jié)。請同學們看活動二。

2.對照圖示，活動身體找到各大關節(jié)，記住名稱，說給同桌聽。3.游戲：師說出關節(jié)的名稱，生迅速在身上找到關節(jié)的位置。

（二）活動三：體驗關節(jié)的作用。

過渡句：這么多關節(jié)對人體有什么作用？想不想體驗一下？請同學們看活動三：

開展立定跳遠、踢毽子、跳繩活動，觀察關節(jié)運動情況。填寫活動記錄表。通過剛才的活動我們知道一個活動都有多個關節(jié)的參與，關節(jié)是怎樣協(xié)調(diào)人體運動的呢？（看視頻）人體在行走的過程中是由多個關節(jié)協(xié)調(diào)運動的。

如果我們的人體沒有關節(jié)會怎樣呢？（一動不動、不能走路、不能抬手、也不能搖頭、動手指頭）

大家想不想試試？請同學們起立，不讓膝關節(jié)活動，也就是不打彎，向前走幾步，體驗一下有什么感覺？（身體變得很僵硬，活動不靈活）

沒有關節(jié)行不行？

五、拓展延伸：讓我們的關節(jié)更靈活

關節(jié)對人體很重要，我們應該怎么辦？（保護關節(jié)）可是在我們的生活中經(jīng)常會遇到這種情況（課件）：脫臼、體育活動前做準備活動。還有一些活動像舞蹈、專業(yè)的運動跨欄等需要在老師的指導下活動，這樣才能不至于使我們的關節(jié)受傷。

我們要運動，但是我們要科學地運動，因為運動會使我們的關節(jié)更靈活、更牢固。下面我們就一起來活動活動關節(jié)，請同學們起立，跟著音樂跳起來?？凑l跳得好，學得快。

讓我們的關節(jié)一起動起來。（播放《健康歌》MTV）

剛才同學們跳得很好，在剛才跳得過程中我們體會到一個活動都有多個關節(jié)的協(xié)調(diào)運動，所以我們要經(jīng)常的活動關節(jié)，這樣才能更利于我們的成長。

六、課堂檢測

這一節(jié)課同學們學得怎樣呢？下面我們打開檢測案，看活動要求。（生讀）下面我們按照活動要求看哪一個小組能在最短的時間內(nèi)完成。

小組展示。

通過這節(jié)課的學習，同學們積極討論發(fā)言，下面我們一起來看一下哪個小組獲得了優(yōu)勝小組。對獲得優(yōu)勝的小組我們掌聲鼓勵一下。

七、課后拓展

關節(jié)炎的預防和和治療方法。板書設計：

關節(jié)

骨與骨連接的地方

活動

第四篇：機械手教學設計要點

機械手的 PLC 的自動控制

一、教學目標 1.知識目標

(1掌握機械手的工作原理。(2熟練運用梯形圖繪制 PLC 程序。(3掌握利用輔助繼電器的編程技巧。2.能力目標

(1知道每個輔助繼電器的功能。(2知道定時器是如何定時工作的。(3培養(yǎng)學生單獨接線、編程的能力。3.情感目標

先通過機械手動作的實驗, 使學生產(chǎn)生濃厚的興趣。繼而帶著興趣, 主動地 去學習。為了使學生容易理解,在學習過程中,先逐個分析每條語句的功能,最 后再整體講解。

二、實驗目的

1.掌握機械手的程序設計。

2.進一步加強對輔助繼電器的理解和運用。3.鍛煉學生的動手能力。

三、實驗器材

1.FX2N-48MR 型的 PLC 主機 一臺 2.機械手演示裝置 一臺 3.微型計算機 一臺 4.編程電纜 一根 5.連接導線 若干

四、教學過程 1.引入新課

我們知道現(xiàn)在科技發(fā)展越來越快, 在不久的將來機器人將代替我們?nèi)祟惞ぷ?今天讓我們大家也嘗試著做一次科學家,讓機器人用他們的機械手為我們搬運 物料。

2.學生思考

(1 常用開關和傳感器有何區(qū)別?(2 輸入、輸出點怎樣定義的?(3 機器人怎樣搬運?分為幾個步驟? 3.教師講解

第一節(jié)課 :復習基本指令(定時器,輔助繼電器,左移位指令;解答學生的思考題。

(1常用開關是點動控制的,如果傳感器檢測到物料相當于常閉的開關。(2輸入點是傳感器,輸出點是執(zhí)行動作。輸入點:

檢測光電傳感器 X2 手臂伸出限位傳感器 X5 手爪下降限位傳感器 X10 手爪夾緊限位傳感器 X11 手爪提升限位傳感器 X7 手臂縮回限位傳感器 X6 手臂旋轉右限位傳感器 X4 輸出點: 手臂前伸 Y5 手臂下降 Y4 手爪抓取物料 Y1 手臂上升 Y3 手臂縮回 Y6 手臂向右轉動 Y10 第二節(jié)課 :分析機械手的工作原理 首先考慮機械手的初始狀態(tài);按下啟動按鈕 X0,線圈 M10得電, M10常開觸頭閉合;當檢測光電傳感器檢測物料 1S 后,手臂前伸;手臂伸出限位傳感器檢測到位后,手臂下降;

手臂下降限位傳感器檢測到位后,手爪抓取物料;手爪夾緊限位傳感器檢測到夾緊信號 0.5S 后;手臂上升;手臂提升限位傳感器檢測到位后,手臂縮回;手臂縮回限位傳感器檢測到位后;手臂向右轉動;手臂旋轉右限位傳感器檢測到位后,手臂前伸;手臂伸出限位傳感器檢測到位后,手臂下降;手臂下降限位傳感器檢測到位后,手爪放開物料;手臂上升,手臂提升限位傳感器檢測到位后,手臂氣缸縮回;手臂縮回限位傳感器檢測到位后;手臂向左轉動, 等待下一個物料到位, 重 復上面的動作,在分揀氣缸完成分揀后,再將物料放入輸送線上。

第三節(jié)課 :在學生理解了機械手的工作原理的情況下,繪制梯形圖并接線。注意強調(diào)接線安全, 不能把接地和接電源的線接反了, 否則會引起器件的損 壞。

五、探究活動

結合職業(yè)中學的特點,多開展聯(lián)系生活實際的實踐課,使學生多學習PLC 產(chǎn)生濃厚的興趣。比如運料小車,十字路口紅綠燈,搶答器等等。

第五篇：搬運機械手設計畢業(yè)論文

本工作室有大量設計資料，承接機械類畢業(yè)設計和課程設計，需購買或設計請加Q631768401

本 科 生 畢 業(yè) 設 計（論文）

題

目：學生姓名：學

號：專業(yè)班級：指導教師：

（屆）

搬運機械手設計

職稱：

****年**月**日

搬運機械手的設計

摘要：隨著科學技術的發(fā)展和自動化生產(chǎn)線在企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中的廣泛應用，機械手作為自動化生產(chǎn)線的重要組成部分也得到了長足的發(fā)展和進步，機械手的發(fā)展在企業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)收上起到了舉足輕重的作用。本文簡單介紹了本課題的意義和內(nèi)容，回顧了國內(nèi)外機械手的發(fā)展概況，并對工件搬運機械手的研究。作者根據(jù)本課題的研究依據(jù)，對機械手的機械系統(tǒng)方案進行了設計，確整體結構和機、氣一體化的實現(xiàn)方法，畫出了各主要部件的機械結構圖。

關鍵字：機械手；氣動；設計研究

Design of Manipulator for Transportation Abstract：With the development of the science and technology and the application of the automobile product line in the production, the manipulator, who serves as the important part of the automobile product line, has also experienced dramatic progress and development, manipulator as to play an extremely important part in the development and income of the corporations.This paper introduces the content and practical application value of the thesis, and reviews the development of manipulators inside and abroad, and manipulator which used transport workpiece has been studied.The writer introduces the gist of research, designs the machine system project of the manipulator, confirms the gantry configuration and the realization way with the machinery, gas-motivated and draws the machine configuration picture of master parts.Key words：manipulator, pneumatics, design and study

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目 錄 緒論...........................................................錯誤！未定義書簽。1.1 前言..........................................................錯誤！未定義書簽。1.2 機械手國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.........................................錯誤！未定義書簽。1.3 當今機械手具有的特點.........................................錯誤！未定義書簽。2 機械手總體設計方案.............................................錯誤！未定義書簽。2.1 機械手基本形式的選擇.........................................錯誤！未定義書簽。2.2 機械手的主要運動方式和部件...................................錯誤！未定義書簽。2.3 驅(qū)動方式的選擇...............................................錯誤！未定義書簽。2.4 機械手的主要設計參數(shù).........................................錯誤！未定義書簽。3 機械手手部設計.................................................錯誤！未定義書簽。3.1 手部的種類及設計基本要求.....................................錯誤！未定義書簽。3.1.1 手部的種類.............................................錯誤！未定義書簽。3.1.2 手部設計基本要求.......................................錯誤！未定義書簽。3.2 手部的結構設計及尺寸的計算...................................錯誤！未定義書簽。3.2.1 手部的設計.............................................錯誤！未定義書簽。3.2.2 手指指端設計...........................................錯誤！未定義書簽。3.2.3 手部各主要尺寸的確定...................................錯誤！未定義書簽。3.3 手部夾緊氣缸的設計...........................................錯誤！未定義書簽。3.3.1 手部加緊力FN的計算.....................................錯誤！未定義書簽。3.3.2 手部夾緊氣缸主要尺寸的確定.............................錯誤！未定義書簽。4 機械手手腕設計.................................................錯誤！未定義書簽。4.1 手腕設計基本要求.............................................錯誤！未定義書簽。4.2 手腕的結構設計...............................................錯誤！未定義書簽。4.3 手腕回轉氣缸的設計...........................................錯誤！未定義書簽。4.3.1 手腕轉動時所需驅(qū)動力矩M驅(qū)的計算.......................錯誤！未定義書簽。4.3.2 手腕回轉氣缸主要尺寸的確定.............................錯誤！未定義書簽。5 機械手手臂設計.................................................錯誤！未定義書簽。5.1 手臂設計的基本要求...........................................錯誤！未定義書簽。5.2 手臂的結構設計...............................................錯誤！未定義書簽。5.3 手臂伸縮氣缸的設計...........................................錯誤！未定義書簽。

I 本工作室有大量設計資料，承接機械類畢業(yè)設計和課程設計，需購買或設計請加Q631768401

5.3.1 手臂伸縮運動驅(qū)動力F的計算.............................錯誤！未定義書簽。5.3.2 手臂伸縮氣缸主要尺寸的確定.............................錯誤！未定義書簽。6 機械手機身設計.................................................錯誤！未定義書簽。6.1 機身整體的結構設計...........................................錯誤！未定義書簽。6.1.1 常見機身的結構.........................................錯誤！未定義書簽。6.1.2 機身整體結構的選擇.....................................錯誤！未定義書簽。6.2 機身回轉氣缸的設計...........................................錯誤！未定義書簽。6.2.1 回轉氣缸驅(qū)動力矩M驅(qū)的計算..............................錯誤！未定義書簽。6.2.2 機身回轉氣缸主要尺寸的確定.............................錯誤！未定義書簽。6.3 機身升降機構的設計...........................................錯誤！未定義書簽。6.3.1 手臂偏重力矩M偏的計算..................................錯誤！未定義書簽。6.3.2 升降不自鎖條件分析計算.................................錯誤！未定義書簽。6.3.3 機身升降運動的液壓缸驅(qū)動力F的計算.....................錯誤！未定義書簽。6.3.4 軸承的選擇分析.........................................錯誤！未定義書簽。7 全文總結與展望.................................................錯誤！未定義書簽。7.1 全文總結......................................................錯誤！未定義書簽。7.1.1 機械系統(tǒng)方面...........................................錯誤！未定義書簽。7.1.2 驅(qū)動傳動方面...........................................錯誤！未定義書簽。7.2 展望..........................................................錯誤！未定義書簽。參考文獻..........................................................................27 致謝..............................................................................28 附錄..............................................................................29

II 本工作室有大量設計資料，承接機械類畢業(yè)設計和課程設計，需購買或設計請加Q631768401

附 錄

1.氣動搬運機械手

QDBYJXS-A0 2.手部部件

SBBJ-A1 3.花鍵套

HJT-A2 4.花鍵軸

HJZ-A2 5.活塞軸

HSZ-A2 6.回轉氣缸上蓋

HZQGSG-A2 7.回轉氣缸下蓋

HZQGXG-A2 8.氣缸蓋及導桿

QGGJDG-A2 9.升降氣缸蓋(底座)

SJQGGDZ-A2 10.手臂支架及導桿套

SBZJJDGT-A2 11.手指

SZ-A3 12.手指端

SZD-A3 13.手指圓柱銷桿

SZYZXG-A3 14.手指支架及驅(qū)動桿套

SZZJJQDGT-A3 15.工件

GJ-A4 本工作室有大量設計資料，承接機械類畢業(yè)設計和課程設計，需購買或設計請加Q631768401