图1-6 手腕的自由度
（a）手腕的翻转；（b）手腕的俯仰；（c）手腕的偏转；（d）腕部坐标系
如图1-7所示，腕部的基本结构设计可选择三种方案。第一种方案腕部具有俯仰和偏转两个自由度，手爪在工作空间中不能进行翻转运动，所以手爪在抓取物体时的方向调节受到了限制；后两种方案腕部具有俯仰和翻转两个自由度，两种关节的排列方式相反。前者B关节与小臂联结，R关节与手爪联结，与后者相比，手爪在作俯仰运动时，弯转轴线与目标之间的垂直距离较远，所以弯转半径较大，如使用相同精度的驱动电机，在转过相同角度时会增大手爪末端的定位误差。综上所述，腕部的基本结构采用第三种方案，手腕翻转关节安装在小臂末端，驱动部分可以安装在小臂内部，从而达到了节省空间的目的，使得整个机器人的结构更加紧凑，工作性能也会有很大提高。
图1-7 手腕结构的三种方案
2.6手部设计
（1）手指：手指形状主要由其工作场合而决定，在不同的工作场合下，手爪可能抓取不同形状的物体或工件，从而决定了不同的手指形状。手指设计中，手爪抓取对象为一些形状比较规则的物体，以鸡蛋为例，假设手指张开最大距离与鸡蛋外围最大直径相当。两手指端部内表面采用对称的与鸡蛋外表面相似的软质凹形垫块（图中未画出），这样可以与鸡蛋外表面贴合更加紧密，同时受力均匀，如图1-8所示。
（2）平行连杆机构：连杆机构在机械系统设计中是一种经常用到的用来传递运动和动力的机构，它是若干构件通过低副连接而成的平面机构，具有运动可逆性。连杆机构优点是低副压力小，制造简单，制造精度较高；可以实现转动、摆动和移动等基本运动形式的转换；可以实现多种运动规律；可通过改变杆长或变换机架等方法来满足应用
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场合。
图1-8 手指及抓取鸡蛋示意图
六、Pro/E实体造型设计
根据机械手的结构设计原理在 Pro/E环境中建立机械手的简化装配模型，具体步骤如下：
1．创建各个主要零部件的简单实体模型（格式为.prt），包括底座座、大臂、主轴、轴承、驱动电机及谐波减速器等。
2．在Pro/E装配环境中将零件组装成完整正确的3D装配模型(格式为.asm)， 七、机械手动态性能仿真分析
将模型导入ADAMS中，对模型进行动态性能仿真研究，分析讨论仿真结果和系统设计合理性。
具体的仿真条件：
（1）机器人初始位姿手臂伸直，手爪末端承受载荷呈张开状态。
（2）机器人开始运动，初始10s，腰部、大臂分别旋转-90°，小臂旋转-45°，腕关节的两个自由度分别旋转-90°和45°。
（3）然后手爪闭合，历时5s，其它各连杆保持静止。
（4）腰部旋转45°，大臂旋转90°，小臂旋转-15°，历时5s。
（5）接下来从20s开始腕关节调节手爪位姿，大臂旋转40°，小臂旋转90°，历时10s。
（6）最后腰部旋转135°，历时5s，仿真过程结束。 八、图纸设计
根据结构设计和计算的结果，进行图纸设计。制图工作量不少于学院规定。图面要求整洁，图幅、图样画法、尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的标注等符合国家标准规定，装配图技术求中说明伸缩臂的技术参数及装配技术要求，标准件、外购件的规格型
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号应在明细表中注明。 八、编制设计计算说明书
编制设计计算说明书的基本要求： 1、设计计算说明书按统一格式打印装订。
2、设计计算公式和参数选择正确，并注明出处，计算过程清晰、正确，单位统一，符合国家标准规定。 九、知识准备
本设计涉及机、电、液各方面内容，可进行机械系统设计能力的训练、设计计算能力的训练、机械结构设计的训练、电器控制系统设计能力的训练、液压系统设计计算和回路设计能力的训练，查阅机械设计手册和相关技术资料的能力训练、阅读翻译科技英语的训练，知识涵盖面广，综合能力训练比较全面。
涉及到已学知识有：机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、工程材料、机制工艺、机电传动与控制、液压传动与控制、Pro/E三维实体设计等。在设计中应用到相关内容时要进行复习。
十、本题目的重点和难点以及与同组其它学生所做题目的关系
本设计的重点：机械结构设计，Pro/E三维实体设计，动态性能仿真分析。主要是对学生进行综合能力培养，在设计过程中培养工程思想，培养工程意识，理论联系实际，培养和提高初步设计能力。
本题目难度适中，难点不在于设计计算，而在于结合实际，进行结构设计，选择标准零部件，查阅设计手册，培养实际能力。
机械手由手臂、手腕和末端执行器组成，不同部分，不同方案，组合成不同题目，每个学生所做题目都不完全相同，但各部分之间又有相互联系，设计中要有总体思想，注意和其他学生之间的接口联接。底座是机械手有基础，注意上部与大臂的联接方式。 十一、指导方式和进度安排
本次毕业设计采取集中指导和个别指导相结合的辅导方式。根据设计进度，分阶段进行集中指导，要求每个学生要按要求完成规定时间的工作量，跟上设计进度。对个别学生设计的困难的，或设计中有什么问题，可随时与老师联系，进行个别指导。
学生毕业设计在固定教室进行，教师经常到教室查看设计进度，解答学生设计中遇到的问题，并对学生出勤情况进行登记。学生有事外出，必须请假（假条经辅导员签字，交指导老师登记）。毕业设计过程不符合要求的学生不准参加毕业答辩。
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进度安排：
本次毕业设计时间总共14周，设计进度大致安排如下： 第1周~第3周：收集资料，相关知识准备。 第4周~第6周：方案设计、设计计算、草图设计。
第7周~第10周：图纸设计，完成全部设计图纸、Pro/E实体造型设计、ADAMS动态性能仿真分析。
第11周~第12周：整理打印设计说明书。学生要在第14周以前完成全部设计。 第13周：指导老师对设计成果进行评阅，不符合要求的要修改设计。进行毕业答辩资格审查，达不到答辩要求的不能参加答辩。学生准备毕业答辩，准备内容在答辩前讲。
第14周：毕业答辩，评定毕业设计成绩。 十二、参考资料的使用方法
毕业设计涉及知识面很广，学生在设计过程中要注意培养获取知识的能力，除指定的参考资料外，可自己根据需要参考一些参考资料，还要学会从互联网上获取所需知识。
设计中用到参考资料中的内容，要在引用内容的右上角标出序号[x]，从互联网上查到的资料，要把网址列入参考资料中，并标出代号。
以下列出参考书目，供设计时参考，也可参考其它书，要特别注意参考书目的写法，毕业设计说明书中的参考书，要按以下格式列出。
[1] 张建民著.机电一体化系统设计（第二版）.北京:高教出版社,2001.8 [2] 冯辛安主编.机械制造装备设计.大连:机械工业出版社,1999.10 [3] 郑堤，唐可洪主编.机电一体化设计.北京:机械工业出版社,2005
[4] 刘杰等编著.机电一体化技术基础与产品设计.北京:冶金工业出版社,2003 [5] 谢存禧,张铁主编.机器人技术及其应用.北京:机械工业出版社,2005 [6] 丁树模主编.液压传动.北京:机械工业出版社,2003 [7] 王春行主编.液压控制系统.北京:机械工业出版社,2003 [8] 孙训方,方孝淑编著.材料力学.人民教育出版社
[9] 濮良贵,纪名刚主编.机械设计（第七版）.北京:高等教育出版社，2001 [10] 徐灏主编.机械设计手册.北京:机械工业出版社，1991
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