口腔咀嚼模拟机器人机械设计及仿真

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毕业设计说明书(论文) 口腔咀嚼模拟机器人机械设计及仿真

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2015 年6月

口腔咀嚼模拟机器人机械设计及仿真

摘要

机械手是一种典型的机电一体化产品，口腔咀嚼模拟机器人是机械手研究领域的热点。研究口腔咀嚼模拟机器人需要结合机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸多学科知识，同时其自身的发展也促进了这些学科的发展。

本文对一种使用在口腔咀嚼模拟机器人的结构进行设计，并完成总装配图和零件图的绘制。要求对机械手模型进行力学分析，估算各关节所需转矩和功率，完成电机和减速器的选型。其次从电机和减速器的连接和固定出发，设计关节结构，并对机构中的重要连接件进行强度校核。

关键词结构设计，机器臂，结构分析

Mechanical design and Simulation of the oral chew

simulation robot

Abstract

The manipulator is a kind of typical mechatronic product, and the robot is the hot spot in the research field of robot manipulator.. Study on chewing simulated robots need combination of machinery, electronics, information theory, artificial intelligence, biology and computer knowledge of many disciplines, also its development also contributed to the development of these disciplines.

In this paper, the structure of a robot used in oral chewing is designed, and the assembly drawings and the drawing of the parts are finished.. The mechanical hand model is demanded to analyze the mechanical hand, and estimate the torque and power of each joint, and complete the selection of motor and reducer.. Secondly, from the connection and the fixed of the motor and the reducer, design the joint structure, and carry on the strength check to the important connector in the mechanism.

Keywords structure design, robot arm, structure analysis

目录

摘要......................................................................................................................................... II Abstract ...................................................................................................................................... III

1 绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2 口腔咀嚼模拟机器人研究概况 (1)

1.2.1 国外研究现状 (1)

1.2.2 国内研究现状 (2)

1.3 口腔咀嚼模拟机器人的总体结构 (3)

1.4 主要内容 (3)

2 总体方案设计 (4)

2.1 机械手工程概述 (4)

2.2 工业机械手总体设计方案论述 (4)

2.3 机械手机械传动原理 (5)

2.4 机械手总体方案设计 (6)

2.5 本章小结 (6)

3 四杆机构结构分析与设计 (8)

3.1 各部件组成和功能描述 (8)

3.2轨迹角度调节机构 (11)

4 传动齿轮零件的设计计算(用于四杆偏心振动) (13)

4.1 电机的选择 (13)

4.2 齿轮的设计计算过程 (14)

5 减震机构的设计 (18)

5.1 弹簧的设计计算 (18)

5.2 上牙移动平台（锥齿轮传动） (21)

5.3 轴结构尺寸设计 (24)

5.4 轴的受力分析及计算 (25)

5.5 轴承的寿命校核 (26)

5.6 轴的强度校核 (26)

5.7 各轴键、键槽的选择及其校核 (27)

6 整机虚拟装配 (28)

总结与展望 (29)

致谢 (30)

参考文献 (31)

1 绪论

1.1 引言

机械手是一种典型的机电一体化产品，口腔咀嚼模拟机器人是机械手研究领域的热点。研究口腔咀嚼模拟机器人需要结合机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸多学科知识，同时其自身的发展也促进了这些学科的发展。机械手是口腔咀嚼模拟机器人的一种。

1959年，世界上诞生了第一台工业机械手，开创了机械手发展的新纪元。随着科学技术的发展，口腔咀嚼模拟机器人的研究与应用迅猛发展。世界著名机械手专家、日本早稻田大学的加藤一郎教授说过：“机械手应当具有的最大特征之一是功能”。其中双足是方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。伟大的发明家爱迪生也曾说过这样一句话：“上帝创造人类，两条腿是最美妙的杰作”。系统具有非常丰富的动力学特性，对的环境要求很低，既能在平地上，也能在非结构性的复杂地面上，对环境有很好的适应性。功能的具备为扩大机械手的应用领域开辟了无限广阔的前景。

研究机械手的原因和目的，主要有以下几个方面：希望研制出机构，使它们能在许多结构和非结构环境中，以代替人进行作业或延伸和扩大人类的活动领域；希望更多得了解和掌握人类得特性，并利用这些特性为人类服务，例如：人造假肢。系统具有丰富的动力学特性，在这方面的研究可以拓宽力学及机械手的研究方向；机械手可以作为一种智能机械手在人工智能中发挥重要的作用。

，口腔咀嚼模拟机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机械手协会给口腔咀嚼模拟机器人下的定义：口腔咀嚼模拟机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对口腔咀嚼模拟机器人作如下定义：

口腔咀嚼模拟机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。是可进行自动喷漆或关节其他涂料的工业机械手。

口腔咀嚼模拟机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。

口腔咀嚼模拟机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用口腔咀嚼模拟机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。机械手的诞生和发展虽只有30多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力[1-2]。

1.2 口腔咀嚼模拟机器人研究概况

1.2.1 国外研究现状

最早系统地研究人类和动物运动原理的是Muybridge，他发明了电影用的独特摄像机，即一组电动式触发照相机，并在1877年成功地拍摄了许多四足动物和奔跑的连续照片。后来这种采用摄像机的方法又被Demeny用来研究人类的运动。从本世纪30年代到50年代，苏联的Bernstein从生物动力学的角度也对人类和动物的机理进行深入的研究，并就运动作了非常形象化的描述。

真正全面、系统地开展机械手的研究是始于本世纪60年代．迄今，不仅形成了机械手