一种五旋翼飞行机器人的(附件)
本课题主要是设计一种五旋翼飞行机器人的机械爪，机器人的机械爪是工业机器人上很重要的一部分，是执行机构。它设计的形态直接决定着能抓取什么样的物品，能抓取多大多重的物品，从而能决定在什么样的场合使用。本文针对设计一款当飞行机器人在飞行的过程中能抓取物体的机械爪的要求，并且抓取的物体形态各不相同，通过对如今市场上各种机械爪的参考和学习，人们一致认为，不断减少灵巧机械手的机械复杂性可能会大大有助于解决许多应用上的问题，这是研究和设计的一个有价值的目标。在实现设计简化的可能方法中，采用与传统方法不同的概念，最终得到了生物模型的启发。根据生物模型进行了对五旋翼飞行机器人的机械爪的方案设计。最后熟练运用SolidWorks软件和ADAMS软件，画出整体装配图及主要零件图，最后对它进行运动学仿真。关键词 机械爪，飞行机器人，生物模型，ADAMS
目 录
1 引言 1
1．1研究背景 1
1．2国内外研究现状 2
1．3本文研究内容 3
2 机械爪的三维设计 4
2.1方案总体设计 4
2．1.1结构分析 4
2．1.2设计软件选择 6
2.2结构设计 8
2.2.1舵机与手背手心的设计与选取 8
2.2.2手指传动结构设计与计算 11
2.2.3电机到手指传动结构设计 13
2.3机械爪的运动学仿真 19
2.3.1运动学仿真 19
2.3.2仿真结果分析 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附录A：机械爪的部分二维图纸 26
1 引言
随着社会上的技术不停的发展，经济也不断的飞速增长，人类生活的地方也不停的扩张。在世界出产和活动的每个规模机器人应用正在飞速的发展，从农业到制手工业，也从手工业向制造业范畴进军，形形色色的灵活机器人产品随之浮出市场。比如教育、农业、渔业、交通运输业、金融业、建筑业、机械、娱乐行业都提出了智能化与机器人化的要求。随着机器人的产生和大量使用，许多领域，很多单一、重复的机械工作有机器人（也叫机械手）来完成。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
工业机器人它能能进行可以反复编程序、自己控制、有很多个自由度、功用也很齐全、使用的地方也很广泛的操作机，工业机械手一般工业上用的很多，因为它可以提高生产的物品的质量，也可以保证生产人员的安全，更可以减少劳动人员的作业强度，提高工作环境，改善工作生产率，减少原本材料的使用以及降低活动成本，有着十分重要的作用。
人类的手可以灵活的运动，而机械手正是根据人类的手仿生出来的，设定好已经编好的程序，它可以用来夹持、挪动工具或者抓取工件，机械手能在空间的任意地方抓取物品，比较适合于灵活变化的场景，并适用于中、小批量生产。在全自动流水线、全自动机器的填料与卸料、数控设备的换刀装置中应用比较广泛。机械手一般由执行机构、驱动机构、控制系统三大部分组成，主要完成升降、伸缩、旋转和夹持物品等动作。
1．1研究背景
近年来，许多灵巧和拟人化的机械手被呈现出来和一个全新的可以观察到这种机器人设备的兴趣增长。这是由于考虑到这些设备仍然远未达到所需要的灵巧度、可靠性和适应性；另一种是对类人机器人的特殊兴趣的增长，这些机器人能够代替人工干预在一组广泛的任务中，在这些任务中需要像人类一样的操作技能。
当在太空站内外执行许多耗时和重复的工作任务时，一个人形的机器人可以代替宇航员执行任务；当在执行拆弹任务时，一个装有机械手的小车可以代替拆弹专家进行炸弹拆除；当在制造时，制造机械手可以代替操作人员执行一些危险的工作。这些除了明显减少工作人员的风险暴露外，这种代替也可以被证明是合理的，即使工作坏境安全舒适，但是考虑到人的体力和情绪常常会影响到工作，而机械手不会出现这种状态。
灵巧的机械手的开发被认为是机器人研究的一个重要目标，并且有几个项目被有意地应用于这个开发，以获得于严格的空间应用需求相兼容的设计解决方案。在与空间应用相关的众多问题中，很多都涉及到机械设计:到目前为止开发的手的高度复杂性，就尺寸、重量和可靠性而言，至关重要的是,这些手的结构由数十个或者数百个不同的部分组成。聚集在一起，可能对动态行动非常敏感。比如在太空任务中会发生的振动。
1．2国内外研究现状
在国内通用手爪的研究最早是在张启先院士的主持下，由北京航空航天大学机器人研究所于80年代末开始的灵巧手研发和开发。最早研发得到的BH1仿生灵活手爪是一种仿生JH的灵活手爪，它的使用方式可能比较简单，可是也弥补了当时国内的技术。在随后的几年中又不断改进，研制出BH3型灵巧手，该手有三个手指，每个手指有三个关节，共有9个自由度。微电机放在灵巧手的内部，各关节装有关节角度传感器，指端配有三维力传感器，采用两级分布式计算机实时控制系统。BH3机械手爪能很灵活地掌握和操纵不同材料和形状的物体。它可以完成组装、处理和其他操作，可以用来夹持纸杯，既不会使纸杯变形，也不会使纸杯掉落。黑龙江工业大学和美国宇航中心合作，2003年成功制造出HIT/DLR多手指灵活机械手爪，对我国在灵活机械手爪这方面的技术上提高了很大的帮助。
北京大学还开发了一种无源关节的仿人手爪TH1，它采用的是人类的仿生手的作用，利用叶片弹簧和压力传感器实现的可变抓取力的手指可以用来抓取不同抓取力的物体。这种抓握机构可以应用到各种驱动类型的手指上，并通过生长齿轮传动实现手指的驱动。中国科学院合肥智能机械研究所研制出了舱室服务机器人形状自适应手爪，手爪依赖于欠驱动的手指，只有一个电机或四个马达可以控制9个关节，而手爪被用来控制舱内的任务。
1997年，日本航空航天发展任务(NASDA)发射的一颗技术测试卫星“工程师测试卫星”携带了大量和少量的机械臂。小机械臂的前端有三指的是多传感器夹,被称为“先进的机器手”(先进的机械手,ARH),长约0.5米,体重45公斤,五个传感器安装在夹具,包括摄像机、三个接近传感器,一对夹紧力传感器,一个软传感器和力/力矩传感器,可靠性高和独立能力。手爪能完成燃油喷射的精确抓取和操作任务，更换电池、浮游生物、拧紧和释放。
1997年，加拿大西蒙弗雷泽大学工程学院设计了一种可重新配置的手爪，每只手爪都由弹簧压制的针阵列组成，具有一定的被动灵活性。爪依靠针接触弹性变形,形成一个可重构以适应不同形状的物体,使用没有接触针形式形成闭包的一部分,约束对象,抓住适应性和稳定性是好的,但当超过弹簧变形范围,钳子的适应性,仍然属于特殊的爪。
目 录
1 引言 1
1．1研究背景 1
1．2国内外研究现状 2
1．3本文研究内容 3
2 机械爪的三维设计 4
2.1方案总体设计 4
2．1.1结构分析 4
2．1.2设计软件选择 6
2.2结构设计 8
2.2.1舵机与手背手心的设计与选取 8
2.2.2手指传动结构设计与计算 11
2.2.3电机到手指传动结构设计 13
2.3机械爪的运动学仿真 19
2.3.1运动学仿真 19
2.3.2仿真结果分析 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附录A：机械爪的部分二维图纸 26
1 引言
随着社会上的技术不停的发展，经济也不断的飞速增长，人类生活的地方也不停的扩张。在世界出产和活动的每个规模机器人应用正在飞速的发展，从农业到制手工业，也从手工业向制造业范畴进军，形形色色的灵活机器人产品随之浮出市场。比如教育、农业、渔业、交通运输业、金融业、建筑业、机械、娱乐行业都提出了智能化与机器人化的要求。随着机器人的产生和大量使用，许多领域，很多单一、重复的机械工作有机器人（也叫机械手）来完成。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
工业机器人它能能进行可以反复编程序、自己控制、有很多个自由度、功用也很齐全、使用的地方也很广泛的操作机，工业机械手一般工业上用的很多，因为它可以提高生产的物品的质量，也可以保证生产人员的安全，更可以减少劳动人员的作业强度，提高工作环境，改善工作生产率，减少原本材料的使用以及降低活动成本，有着十分重要的作用。
人类的手可以灵活的运动，而机械手正是根据人类的手仿生出来的，设定好已经编好的程序，它可以用来夹持、挪动工具或者抓取工件，机械手能在空间的任意地方抓取物品，比较适合于灵活变化的场景，并适用于中、小批量生产。在全自动流水线、全自动机器的填料与卸料、数控设备的换刀装置中应用比较广泛。机械手一般由执行机构、驱动机构、控制系统三大部分组成，主要完成升降、伸缩、旋转和夹持物品等动作。
1．1研究背景
近年来，许多灵巧和拟人化的机械手被呈现出来和一个全新的可以观察到这种机器人设备的兴趣增长。这是由于考虑到这些设备仍然远未达到所需要的灵巧度、可靠性和适应性；另一种是对类人机器人的特殊兴趣的增长，这些机器人能够代替人工干预在一组广泛的任务中，在这些任务中需要像人类一样的操作技能。
当在太空站内外执行许多耗时和重复的工作任务时，一个人形的机器人可以代替宇航员执行任务；当在执行拆弹任务时，一个装有机械手的小车可以代替拆弹专家进行炸弹拆除；当在制造时，制造机械手可以代替操作人员执行一些危险的工作。这些除了明显减少工作人员的风险暴露外，这种代替也可以被证明是合理的，即使工作坏境安全舒适，但是考虑到人的体力和情绪常常会影响到工作，而机械手不会出现这种状态。
灵巧的机械手的开发被认为是机器人研究的一个重要目标，并且有几个项目被有意地应用于这个开发，以获得于严格的空间应用需求相兼容的设计解决方案。在与空间应用相关的众多问题中，很多都涉及到机械设计:到目前为止开发的手的高度复杂性，就尺寸、重量和可靠性而言，至关重要的是,这些手的结构由数十个或者数百个不同的部分组成。聚集在一起，可能对动态行动非常敏感。比如在太空任务中会发生的振动。
1．2国内外研究现状
在国内通用手爪的研究最早是在张启先院士的主持下，由北京航空航天大学机器人研究所于80年代末开始的灵巧手研发和开发。最早研发得到的BH1仿生灵活手爪是一种仿生JH的灵活手爪，它的使用方式可能比较简单，可是也弥补了当时国内的技术。在随后的几年中又不断改进，研制出BH3型灵巧手，该手有三个手指，每个手指有三个关节，共有9个自由度。微电机放在灵巧手的内部，各关节装有关节角度传感器，指端配有三维力传感器，采用两级分布式计算机实时控制系统。BH3机械手爪能很灵活地掌握和操纵不同材料和形状的物体。它可以完成组装、处理和其他操作，可以用来夹持纸杯，既不会使纸杯变形，也不会使纸杯掉落。黑龙江工业大学和美国宇航中心合作，2003年成功制造出HIT/DLR多手指灵活机械手爪，对我国在灵活机械手爪这方面的技术上提高了很大的帮助。
北京大学还开发了一种无源关节的仿人手爪TH1，它采用的是人类的仿生手的作用，利用叶片弹簧和压力传感器实现的可变抓取力的手指可以用来抓取不同抓取力的物体。这种抓握机构可以应用到各种驱动类型的手指上，并通过生长齿轮传动实现手指的驱动。中国科学院合肥智能机械研究所研制出了舱室服务机器人形状自适应手爪，手爪依赖于欠驱动的手指，只有一个电机或四个马达可以控制9个关节，而手爪被用来控制舱内的任务。
1997年，日本航空航天发展任务(NASDA)发射的一颗技术测试卫星“工程师测试卫星”携带了大量和少量的机械臂。小机械臂的前端有三指的是多传感器夹,被称为“先进的机器手”(先进的机械手,ARH),长约0.5米,体重45公斤,五个传感器安装在夹具,包括摄像机、三个接近传感器,一对夹紧力传感器,一个软传感器和力/力矩传感器,可靠性高和独立能力。手爪能完成燃油喷射的精确抓取和操作任务，更换电池、浮游生物、拧紧和释放。
1997年，加拿大西蒙弗雷泽大学工程学院设计了一种可重新配置的手爪，每只手爪都由弹簧压制的针阵列组成，具有一定的被动灵活性。爪依靠针接触弹性变形,形成一个可重构以适应不同形状的物体,使用没有接触针形式形成闭包的一部分,约束对象,抓住适应性和稳定性是好的,但当超过弹簧变形范围,钳子的适应性,仍然属于特殊的爪。
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