机械手机械原理课程设计说明书

（2）水平面内转30度，手臂自转90度，前进50mm。

机械手的夹持器还有夹紧和放松动作；

机械手工作频率：20/min；

升降 0.3kw，摆动 0.1kw，伸缩 0.1kw，夹持 0.2kw。2执行机构的选择与比较

§2-1 转角机构（实现平面转角0

30功能）

方案一

实现平面转角0

30的过程：电机带动不完全

齿轮运动，不完全齿轮带动全齿轮运动，与全

齿轮固结的四杆机构，使滚子在预先设计好形

状的槽内运动，左右运动的极限位置恰好是30

度。

机构评价：

优点：因为槽的形状固定，所以能保证在一个

行程内，机构的平面转角就是30度。

不完全齿轮的使用，为机械手在抓放物

体时留下了工作时间。

缺点：由于四杆机构的运动被槽限制住，最短杆

无法做周转运动，导致机构的回程要求齿

轮的翻转，必须在前面加入变速箱改变速

度方向。

方案二

实现平面转角0

30的过程：皮带轮传动给蜗

轮蜗杆从而使不完全齿轮，有间歇地带动完全齿

轮转动，齿轮通过杆拉动齿条，由齿轮来回往复

地带动固接杆转动0

30

机构评价：

优点：同样具有结构简单，传力较小运

动灵活，造价低准确地实现转角0

30的

要求，可以控制间歇实现循环功能。

缺点：磨损较严重，效率较低，齿轮尺

寸过大加工难。

方案三

30的过程：使用槽

实现平面转角0

轮实现平面转角30度，只要计算好槽轮

的槽数，就能在主动圆盘转360度时，

使从动轮转30度。机构评价：

优点：结构简单，外形尺寸小，机械效

率高，并能平稳的间歇地进行转位。

缺点：传动存在柔性冲击，且是单向的间歇运动，同样要求变速箱改变运动方向。

方案的选择与比较：

只有第二个方案能较好的实现对传动系统的功能要求在平面转动上能准确地控制在30度，制造简单方便。

§2-2 上升机构（实现上升100功能要求）

方案一

实现上升的过程：皮带轮传动，使蜗杆带动蜗轮，蜗轮和齿条配合。通过控

制蜗杆的半径，使转动一周后，使齿条上升100.

机构评价：

优点：蜗杆的轮齿是连续的螺旋尺，故传动平

稳，啮合冲击小。

缺点:啮合齿轮间的相对滑动速度较大，摩擦

磨损较大，传动效率较低，易出现发热

现象，常用耐磨材料制作，成本高。

方案二

实现上升的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆

从而使凸轮转动，凸轮通过顶杆推动滑块滑

动，从而使工作杆上升100mm。

机构评价：

优点：结构简单，传力较小，凸轮不用太大就

可以达到所需要的高度。

缺点：效率过低，滑块容易磨损且一旦磨断严重影响上升高度，寿命不高。

对机构进行比较：第二个方案较好，结构简单寿命较长也能够准确地实现上

升要求，推杆运动时间与静止时间比较好控制。

§2-3 前进机构（实现前进50mm功能要求）

方案一

通过皮带轮传动，使全齿轮转动，然后带动曲柄滑块机构，在水平导轨上前

进，通过限位卡，固定前进的范围。

优点：运动副皆为低副，底副的两运动副和机架接触，压强小，可承受较大荷载，有利于润滑。

缺点：存在冲击，易损坏。

方案二

由于上升功能的机构和前进功能机构一样的，由于上升方案一符合要求，所

以前进机构的选择和上升机构一样。

3传动机构的选择与比较

§3-1普通传动

1.皮带轮传动

机构特点：起到缓冲作用，传动平稳无噪声,能缓冲、吸振;过载时带将会在

带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用.缺点在于皮带易磨损，

寿命不长。

2.链传动

机构特点：它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力;能在低速、

重载和高温条件下及灰土飞扬的不良环境中工作;和带传动比较,它能保证准确

的平均传动比,传递功率较大,且作用在轴和轴承上的力较小;传递效率较高,一

般可达0.95～0.97;链条的铰链磨损后,使得节距变大造成脱落现象;安装和维修

要求较高。

3.齿轮传动

机构特点：能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠;传递的

功率和速度范围较大;结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比;传动效率高,

使用寿命长;齿轮的制造、安装要求较高。

4.蜗轮蜗杆传动

机构特点：具有反向自锁的功能，而且相比其它传动具有较大的速比，涡轮

蜗杆的输入、输出轴不在同一轴线上，甚至不在同一个平面上。自身的缺点，那

就是涡轮蜗杆的传动效率不够高，精度也不是很高。

传动机构比较：由于电动机处于下方，可保持重心在下，在于齿轮减速器之

间安放1皮带轮，这个当然会起到缓冲的作用，效率也挺高的。

电机的转速一般都比较大，由于工作循环为3s/次，所以主轴的转速为

180r/min，此时就需要很大的传动比了，齿轮传动一般是在6--7倍之间，不能

达到传动要求，所以我们选择用蜗轮蜗杆机构，它的传动比一般在2--70倍之间

满足我们所需的传动功能。选择1皮带轮，4蜗轮蜗杆。

§3-2实现工作时间差的传动机构