第２８卷第８期２０１２年８月
科技通报
ＢＵＬＬＥＴＩＮ０ＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖ０１．２８Ｎｏ．８
Ａｕｇ．２０１２５自由度机械手动力学分析与仿真
程远
阮锡职业技术学院机电技术学院，江苏无锡２１４１２１）
摘要：针对５自由度机械手，基于Ｌａｇｒａｎｇｅ方程建立了５自由度机械手的动力学模型，通过Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ建立实体仿真模型，并且通过ＣｏｓＭｏｔｉｏｎ进行了动力学仿真，得出了各关节力矩和时间的关系曲线，分析了机械手各关节在不同角速度下对各关节力矩的影响，这对改善机械手的设计提供了帮助，并为机械手的驱动控制打下了基础。
关键词：机械手；动力学分析；仿真
中图分类号：ＴＰ２４１文献识别码：Ａ文章编号：１００１—７１１９（２０１２）０８—０１２３—０３ＤｙｎａｍｉｃＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ５一ＤＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ
ＣＨＥＮＧＹ／，ｂａｎ
（ＷｕｘｉＶｏｃａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｘｉ２１４１２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｆｏｒ５ｄｅｇｒｅｅｓｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｂａｓｅｄｏｎＬａｇｒａｎｇｅｅｑｕａｔｉｏｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｈａｓ５ｄｅｇｒｅｅｓｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌ，ｔｈｒｏｕｇｈＳｏｌｉｄｗｏｒｋｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｅｎｔｉｔｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ａｎｄｔｈｒｏｕｇｈＣｏｓＭｏｔｉｏｎｆｏｒｈａｓｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｃｏｎ—ｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｈａｓｔｈｅｊｏｉｎｔｓｔｏｒｑｕｅａｎｄｔｉｍｅｏｆｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｃｕｒｖｅ，ａｎａｌｙｓｉｓｈａｓｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｔｈｅｊｏｉｎｔｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｅｒｓｐｅｅｄＸｉａｏｎｔｈｅｊｏｉｎｔｓｔｏｒｑｕｅｏｆｅｆｆｅｃｔｓ，ｔｈｉｓｏｎｉｍｐｒｏｖｅｄｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｏｆｄｅｓｉｇｎｐｒｏｖｉｄｅｓｈａｓｈｅｌｐ，ａｎｄｆｏｒｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｏｆｄｒｉｖｅｎｃｏｎｔｒｏｌｌａｙｈａｓｂａｓｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
本文针对本校研究所为配合学校教学工作而开发的５自由度多关节机械手进行动力学研究分析与仿真，为参数优化及运动控制提供依据。
机械手手臂的动力学建模有多种方法，最为常见的有基于Ｌａｇｒａｎｇｅ方程的方法、Ｋａｎｅ方法、旋转代数法和Ｎｅｗｔｏｎ—Ｅｕｌｅｒ方法等。仿真软件也多种多样，如ＡＤＡＭＳ、ＤＡＤＳ、ＤＩＳＣＯＯＳ等【㈨。本文采用基于Ｌａ—ｇｒａｎｇｅ方程的方法对其进行了动力学分析，并利用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ的ＣＯＳＭｏｔｉｏｎ仿真软件进行了动态仿真。结果显示，通过对一些相应参数的修改，可以改善设计，提高控制性能。
机械手机械结构描述
图ｌ为５自由度机械手模型。该机械手固定在实验台上，由腰部、下臂、上臂、手腕、手部和驱动装置组成。５个自由度依次为腰部回转、下臂俯仰、上臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰。机构原理图如图２所示。
该机械手手臂的主要结构参数见表１。
该机械手的设计目标是完成对目标物的夹持、移动和翻转等动作（例如用机械手完成抓取易拉罐后向茶杯中倒水）。
２机械手动力学分析
２．１机械手系统运动学方程
在进行动力学研究时首先建立基本的运动学方程。这里采用Ｄ—Ｈ方法建立机械手手臂的齐次坐标变换矩阵矩阵如下：
乃：ＨＡ。（１）ｉ＝１
式中，瓦为坐标变换矩阵，为第ｉ个自由度的齐次
收稿日期：２０１２—０３—１６
作者简介：程Ｊ丞（１９７３一），男，江苏无锡人，讲师，硕士，研究方向：机械手及自动化设备。万方数据
科技通报第２８卷
图１５自由度机械手模型图
Ｆｉｇ．１Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｉｔｈｆｉｖｅｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｍｏｄｅｌ
图２机械手结构简图
Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｈａｎｄ
表１机械手臂机构参数
Ｔａｂｌｅ１Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａ肿ｍｅｃｈａｎｉｓｍｐａｒａｍｅｔｅｒ
坐标变换矩阵。
腰部、下臂、上臂、腕部和手部变换矩阵如下：
Ａｌ。
０菇２
１０
００
０ｌ
Ａ３＝
Ａ
５２
Ｃ０，ｓ１９３－ｓｉｎＯｓ０奶
ｓｉｎ０３ｃｏｓ０３００
００ｌ０
０００ｌ
ｃｏｓｅ５－ｓｉｎ０５００
００１０
—ｓｉｎ０５－－ＣＯＳ０５００
０Ｏ０ｌ
ｃｏｓ０４一ｓｉｎ０４
Ｏ０
ｓｉｎ０４ｃｏｓ０４
Ｏ０
Ｏ０
一ｌ０
００
０ｌ
（２）
式中，０１，如以如以为相应关节转角变量，“如托值参
考表１。
根据坐标变换矩阵可以得出各臂杆质心处的位姿
矩阵：
４ｄ＝ＨＡ４，ｄ（３）
式中，Ａ乞为臂杆在当前坐标系中的质心位置矩
阵，由臂杆的质量分布特点求出。Ａ。为臂杆在固定坐
标系中的质心位置矩阵。
２．２机械手系统动力学方程
Ｌａｇｒａｎｇｅｉ函数被定义为系统动能和势能之差，即：
Ｌ＝Ｋ－Ｐ（４）
系统的Ｌａｇｒａｎｇｅ方程为：
玷石ｄｉＯＬ一熹活１＇２，…，ｎ（５）
式中：ｎ为连杆数目；ｇｉ为广义坐标（ｍ或ｒａｄ）；ｑ；为
广义速度（ｎｇｓ或ｒａｄ／ｓ）；正为作用在第ｉ个坐标上的广义
力（Ｎ或Ｎ?ｍ）。
机械手系统ｆ包括传动装置）的总动能为：
肛撬耋高‰ｅ瞄票胁争ｉ耋巧ｊ㈣
式中：ｔ为连杆ｉ关节传动装置的等效转动惯量
（ｋｇ?ｍ２）；ｇ。为关节ｉ的角速度（ｒａｄ／ｓ）；上为连杆ｉ在坐标
系ｉ中的伪惯量矩阵，即：
玉４贮ｋｌＩ时Ｉ。ｍ赢
一’
‘∞’‘－口”＂‘
‰半ｋ而
ｋ．ｋ学越ｔ
ｍｌｘｌｍｏ＂ｉｍ＃ｊｍｉ
，ｉ和Ｊ：均可通过机械手臂质量分布特性及式（３）求
出。
在忽略传动装置重力情况下，机械手系统的总势
能为：
辟∑ｐＩ＝一∑珊（８）
ｊ－Ｉｉ－Ｉ
式中＊ｍｉ为连杆ｉ的质量（ｋｇ）；ｔ为连杆ｉ相对于其
前端关节坐标系的重心位置矢量；矿为重力加速度矢
以
哦
眦Ｏ
∞０
倪
吡
神ｏ．毒ｉ
ｏ
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产
Ａ
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乱ｌ
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ｌ
Ｏ
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∞出０
０
万方数据
箜！塑堡堕：！鱼鱼壁垫堕±塑查堂坌堑墨堡盎１２５表２机械手臂主要物理参数量，即有乒喙岛最Ｏｌ。
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●一７‘ｉ：；ｉ‘ｉ：：ｉ互０，?
、，２。ｊ？■ｊ一？渗Ｚ—；：．，：ｉ碧１｜Ｌ。
１．。．ｉ：ｒ?囊
将式（６）、式（８）代人式（４）得到机械手系统动力学方程，即关节动力矩为：
ｚ＝∑仇咖啊．斗∑∑嘶叠。＋ＤＩ
ｉ＝１，２，…，ｎ（９）式中：
仇＝圭∑Ｔｒａｃｅ（鲁五导）㈣，。蘸Ｐｅ（鲁五吾）㈣，雎ｉ耋一蚶景％
＝Ｉ川；
（）腰部关；：篱’曲线３
ａ
机械手动力学仿真（）腰部关节力矩曲线形Ｌ械于叨刀平仍兴
Ｉａｌ’Ｉ＇ｈｅ、、ａｉｓＩ；Ｏｉｎｔｔｑ｝Ｉ【ＪＬＩｒ（－ＬｌＩ?ｖｔ?
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Ｏ∞０５ｎ１００１ＳＣ２口０，５０３∞３５０‘Ｉ】（１４Ｓ０５叩
时涠（＂ｃ）
（ｂ）下臂关节力矩曲线
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０∞０５０１∞１５０２００２５０３００３５０４００４５０５叩
时问（ｓｏｃ）
（ｃ）上臂关节力矩曲线
∞ｏ∞１∞１∞２。０时蔷篙∞）３００３∞４００４∞５眦
（ｄ）腕部关节力矩曲线
ｌ
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Ｉ＼＿
‘＼｛
（ｅ）手部关节力矩曲线
（ｅ）Ｔｈｅｈａｎｄｊｏｉｎｔｔｏｒｑｕｅｃｕｒｖｅ
图３时间一力矩变化曲线
Ｆｉｇ．３Ｔｉｍｅ—ｔｏｒｑｕｅｃｕｒｖｅ
（１２）
首先，在Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ中建立５自由度机械手全部零件的三维实体模型并设定好材料，然后将零件进行虚拟装配，得到了整体的虚拟样机。由于该机器人结构复杂，零件多。直接进行动力学仿真分析非常困难，因此先用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ对已设计出的机械手三维模型加以简化．得到底座、腰部、下臂、上臂、腕部和手部６个部件。这些部件与简化前的相关部件质量分布及质心位置基本相同。然后用ＣｏｓＭｏｔｉｏｎ软件进行分析：对模型添加约束、摩擦。设定各关节始末位置及速度，添加驱动力矩，对机械手进行动力学仿真。
机械手臂各部件的主要物理参数见表２。
设机械手初始位置各关节转角均为００（此时机械手处于水平伸直的状态），运动的末位置分别为腰部９００、下臂６００、上臂６０。、腕部１２０。、手部９００，运动所经历的时间是５ｓ。由于各关节的运动都由加速阶段、近似匀速阶段和减速阶段组成，因此这里各关节采用正弦曲线的运动规律模拟关节转动。根据软件仿真得到各关节力矩曲线，如图３所示，其ｄｌａ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）分别为腰部、上臂、下臂、腕部及手部的力矩曲线。
从图３中可以看出，下臂关节承受的力矩最大，上臂关节承受力矩次之，其他关节承受力矩较小。
４结论
通过仿真分析得出以下结论：
（１）各关节回转速度越快，所需驱动力矩越大，力矩曲线的平稳性也越差。
（２）由于各关节摩擦力的存在，关节力矩开始较短一段时间内变化趋势较陡．。
（下转第１２８页）
万方数据
１２８
科技通报第２８卷
表１不同排队方式效率对比
．．一一一一
．！兰！！！！！竺竺旦！垩！竺！型些翌！竺！竺！！！！！兰竺！竺！兰！坚
队列规划方式自然排队Ｋ—Ｍｅａｎｓ算法动态生成ＩＫＭＱＴ算法动态生成
平均病人人数５３４５２６５１８
平均服务台数Ｓｔ（个）
最长队长
平均最长等待时间Ｌｔ（ｒａｉｎ）平均最长诊疗时间Ｔｔ（ｍｉｎ）平均全局诊疗时间Ｇｔ（ｍｉｎ）时间效率ｆｉｅ＝Ｇｔ／Ｌｔ）
全局队列效率ｆｉｅ／Ｓｔ）２０（满）
２７
５３．５０
１６．２
３３５．１３
６．２“
０．３１３２
１７
３５
４９．６８
１５．４７
３０１．８３
６．０７５
０．３５７４
１６
３３
４９．３４
１４．１３
２９７．４６
６．０２９
０．３７６８
３１Ｌｏｏｐ３２Ｌｏｏｐ３３Ｌｏｏｐ
经过算法分析ＩＫＭＱＴ的计算复杂度为Ｏ怖旅：＋ｍ：向：＋ｌ妮Ｍ。ｍ：为算法中聚类拆分的次数。传统Ｋ—Ｍｅａｎｓ算法的计算复杂度为Ｏ（（ｍ１Ｋｌ＋ｍ，（ｍｌ＋１沈）ｍ），其中，为迭代次数，ｍ，为人为设定Ｋ的次数。与传统的Ｋ—Ｍｅａｎｓ算法相比，ＩＫＭＱＴ降低了计算复杂度。
３ＩＫＭＱＴ算法在医院预约分诊排队中的应用
本文在设计齐齐哈尔第三人民医院预约分诊排队统一服务系统的时候，应用Ｊ＇ＩＫＭＱＴ算法。优化了排队队列，提高了医院诊疗效率。其排队模型图如图２所示，是一个典型的Ｍ／Ｍ／ｓ系统的排队模型。
该医院某科中最多可设置２０＋分诊台，每天就医人数平均在５３０人左右，本文选择连续的３０天进行试验，统计结果如表１所示。
通过表１的统计结果可以发现。在时间效率和全局队列效率两个方面，Ｋ—Ｍｅａｎｓ算法优于自然排队，而ＩＫＭＱＴ算法又优于Ｋ—Ｍｅａｎｓ算法，从而达到Ｑｏｓ的优化【４】。
（上接第１２５页）
通过研究可以看出，空间多自由度机构的动力学问题是相当很复杂的，而拉格朗１３动力学方程结合相应计算机仿真方法可以较好地解决这类问题。
参考文献：
［１】蔡自兴．机械手学【Ｍ】．北京：清华大学出版社，２０００４结语
本文提出了一种改进的Ｋ—Ｍｅａｎｓ聚类算法一ｌＫ—ＭＱＴ。排队论方法与Ｋ—Ｍｅａｎｓ算法结合，通过排队论思想导出Ｋ—Ｍｅａｎｓ算法的初值Ｋ，同时考虑到节点的位置信息和资源消耗，通过Ｋ在节点空间中计算聚类。经过算法的计算复杂度分析，ＩＫＭＱＴ算法较之Ｋ—Ｍｅａｎｓ算法降低了算法的复杂度。通过在医院预约分诊排队系统当中的应用数据分析，从应用领域对ＩＫＭＱＴ算法的可行性和优越性进行了一次验证。
参考文献：
［１】ＡＬＩＫＫＲ．ＡｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔＫ—ｍｅａｎｓｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．ＰａｔｔｅｒｎＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎＬｅｔｔｅｒｓ，２００８，２９（９）：１３８５—１３９１．［２】ＫａｂｏｕｄａｎＭＡ．Ａｄｙｎａｍｉｃｓｅｒｖｅｒｑｕｅｕｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒｓＯｐｅｒａｔｉｏｎｓＲｅｓｅａｒｃｈ．１９９８，２５（６）：４３１－４３９．［３】ＭＵＡＴＡＫ，ＢＲＹＳＯＯ．Ｔｏｗａｒｄｓｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｅｘｐｅｒｔｅｖａｌｕａ—ｔｉｏｎｏｆｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｕｓｉｎｇａｄａｔａｍｉｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｒｏｏｄ－ｅｌ［Ｊ］．ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｓ．２０１０，１８０（３）：４１４—４３１．
［４】姜文超，金海，王述振，等．一种基于多优先级队列和Ｑｏｓ的服务调度策略［Ｊ］．／Ｊ、型微型计算机系统，２００８，２９（３）：
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［２］熊有伦．机器人技术基础［Ｍ】．武汉：华中理工大学出版社，１９９６．
［３】石炜，郄安民，张玉宝．基于凯恩方法的机器人动力学建模与仿真【Ｊ】．微计算机信息，２００８，１０（２）：２２２—２２６．
［４】俞水强，吴洪涛．串联工业机器人的通用动力学仿真平台【Ｊ】．机械设计与制造，２００８（８）：１７９—１８０．
万方数据
5自由度机械手动力学分析与仿真
作者：程远， CHENG Yuan
作者单位：无锡职业技术学院机电技术学院,江苏无锡,214121刊名：
科技通报
英文刊名：Bulletin of Science and Technology
年，卷(期)：2012,28(8)
参考文献(4条)
1.俞水强;吴洪涛串联工业机器人的通用动力学仿真平台 2008(08)
2.石炜;郄安民;张玉宝基于凯恩方法的机器人动力学建模与仿真 2008(02)
3.熊有伦机器人技术基础 1996
4.蔡自兴机械手学 2000
本文链接：https://www.doczj.com/doc/6610558845.html,/Periodical_kjtb201208040.aspx
设计说明书 课题：凸轮轴加工自动线机械手 班级：数控69902 设计：沈晓春 审核： 二00五年九月
目录 一、目录 (2) 二、前言 (3) （一）机械手的用途说明 (3) （二）设计机械手的目的、意义 (3) （三）设计指导思想应达到的技术性能要求 (4) 三、设计方案论证 (5) （一）机械手的原始依据 (5) （二）机械手的运动方案论证 (6) 四、机械手各组成部件设计计算 (8) （一）抓取机械设计 (8) （二）手腕机构 (12) （三）手臂设计 (14) （四）缓冲装置设计 (22) （五）定位机构设计…………………………………………………………………………………
25 （六）机械手驱动系统设计 (25) 五、机械手控制系统设计 (25) 六、设计总结 (26) 七、参考文献 (27) 二、前言 （一）机械手的用途说明 机械手是模仿人手工作的机械设备。实验用机械手的设计，是指机械手臂在一定范围内的摆动，手臂的垂直方向的上下移动及手爪的伸缩运动组成。由启动系统实现各运动的驱动。它的主要作用是将工件按预定的程序自动地搬运到需要的位置，或者保持工具进行工作。机械手是利用PLC控制整个系统实现各种运动的自动化控制，且能用于教学演示。 （二）机械手的目的、意义 机械手是模仿人手的动作，生产中应用机械手可以提高自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度，保证产品质量，实现安全生产，尤其在恶劣的劳动条件下，它代替人作业的意义更加重大。因此，在机械加工中得到越来越广泛的应用。
目的是，我们对机械手的设计步骤有一定的平衡了解；也能基本掌握机械设计的方法；综合运用学过的理论知识；全面复习绘图技巧，并较好的运用于毕业设计绘图上。通过这次设计，使我了解到，自动控制的对象主要是单机或某个生产过程，智能控制则包括控制对象及整个工作环境或整个生产过程；自动控制的目标是使在系统控制的某个状态下，尽量消除环境对系统的影响，智能控制关心的使最终状态或现行状态是否合乎要求。因此，要充分考虑环境的影响；自动控制的学习来源重要是对象的状态的反馈，所以智能控制需要一个庞大的数据库；自动控制理论着重描述对象的数学模型，然后，通过各种控制算法进行控制，以达到目的，智能控制着重直接控制经验。（三）设计的指导思想，应达到的技术性能要求 结构简单：设计为三自由度的机械手臂，运动形式简单，可以把手臂设计成为沿导向装置运动，直接选用标准规格的液压缸和内胀式机械手爪，无须另行设计。 外观不要有手臂堵塞外形：设计尽量要求安装方便，各非标准件加工方便。因此，不必设计成套形式，管道也不必安排在手臂内部，可以采用软管直接连接。 本次设计的手臂不要光用于工业生产，因此，对各部件的加工精度及安装要求不高，可以在通用机床上加工完成。
机械设计课程设计说明书 六自由度机械手 TOPWORK 上海交通大学机械与动力工程学院专业机械工程与自动化 设计者： 李晶(5030209252) 李然(5030209316) 潘楷 (5030209345) 彭敏勤 (5030209347) 童幸 (5030209349) 指导老师：高雪官 2006616
、八— 刖言 在工资水平较低的中国，制造业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业 的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自 动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、 华东沿海地区的中国本土制造厂也开始对机械手表现出越 来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交 货周期缩短带来的挑战。 机械手可以确保运转周期的一贯性，提高品质。另 外，让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定， 而且也更加安全。同时，不断发展的模具技术也为机械手 提供了更多的市场机会。 可见随着科技的进步，市场的发展，机械手的广泛应用已渐趋可能，在未来的制造业中，越来越多的机械手将 被应用，越来越好的机械手将被创造，毫不夸张地说，机 械手是人类是走向先进制造的一个标志，是人类走向现代化、高科技进步的一个象征。因此如何设计出一个功能强大，结构稳定的机械手变成了迫在眉睫的问题。
目录 一.设计要求和功能分析 4 - ?- ■基座旋转机构轴的设计及强度校核 5 三.液压泵俯仰机构零件设计和强度校核 8 四.左右摇摆机构零件设计和强度校核 11五.连腕部俯仰机构零件设计和强度校核 14六.旋转和夹紧机构零件设计和强度校核 19七.机构各自由度的连接过程 25八.设计特色 28九.心得体会 28十.参考文献30 一. 任务分工31 十二.附录（零件及装配图）31
前言 1.1 课题背景及意义 机械手通过运动控制芯片、单片机、可控制编程器等来控制电机、气缸、液压缸的运动，从而模仿人手和臂的某些动作，按固定程序实现物体的抓取。它可代替人的劳动，也可以在有害环境下保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、电子、原子能等部门。目前机械手主要用于以下几个方面。 (1).恶劣的工作环境和危险的工作 在核工业中，核产品具有较强的放射性，为了人员的安全，需要机械手来完成相关的清理工作。 (2).自动化生产领域 主要用于生产上实现自动化。如当机械手末端夹持焊枪时，可以对汽车或摩托车的车体进行点焊或弧焊作业。 (3).在特殊作业场合进行极限作业 在一些高危领域经常要用到机器人去探索。目前研制出了螃蟹机器人，用于水下勘测、海洋搜寻及石油天然气的勘测。 (4).农业生产 目前研制出了太阳能农用机器人，他可以找到隐藏在农作物中的杂草，通过机械手隔断杂草，同时还可以利用机械手喷洒除草剂。 (5).军事应用 在军事应用中，军人执勤经常会遇到危险，这就需要机器人帮助完成执勤任务，当今世界机器人竞争很激烈，要在这个激烈的国际竞争中立于不败之地,就需要有我国自己的机器人产业，未来世界高科技的竞争更重要的则是人才的竞争。因此,从现在开始就应该注意培养后备力量。机械手是机器人产业的典型代表,因此可以用来作为教学应用的示例。 机械手为典型的机电产品，包含了驱动元件，控制元件，信息处理元件，执行机构，传动机构，机械本体等组成元素，并且具有控制能力强，改变控制程序灵活方便、可靠性高等特点，为学生提供了良好的学习工具。它将现代工业与教学联系在了一起，通过控制—执行这整个的过程使学生对所学的知识有一个更好的认识，从而激发学生的学习兴趣。随着当今计算机技术的飞速发展，它已突破纯开关量控制的局限，进入模拟量控制等领域。通过该机械手的教学开拓了学生专业视野，为他们迎接就业和深造的挑战打下坚实的基础。
具有五个自由度的机械手设计 摘要 随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计计算过程。 首先，本文介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体座标的形式。同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。机械手采用液压传动，使传动系统简单可靠；选用可编程控制器对机械手的动作进行控制，使控制程序简单，系统维护方便。设计过程中，对机械手和液压缸部分做了详细的设计计算。同时，对机械手的通用性主要是采用可更换式手部结构来实现，通过更换手部，可使机械手抓取外圆零件和内圆零件，从而实现了系统的多功能化。机械手总体结构能够实现手臂的水平伸缩、垂直升降、旋转和抓取等功能，这些动作都是可编程控制器控制，用液压缸驱动机械手来完成的。 文章中介绍了搬运机械手的设计理论与方法。全面详尽的讨论了搬运机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。 最后使用软件对机械手PLC控制仿真。 关键词：机械手；液压传动；液压缸；PLC仿真；
Abstract The applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator. The first，The paper introduces the function,composing and classification of the manipulator,tells out the free-degree and the form of coordinate.At the same time,the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator. Manipulator use system can be simple and reliable. The manipulator and in this paper. The movements of mechanical be convenient. And the universal ability of manipulator is based on the interchangeability of the grasp cylindrical parts and inner parts through the replacement of and captures the semifinished materials. All those movements are controlled by programmable controller and realized by industry manipulator's design theory and method. The comprehensive exhaustive discussion ,which the major structural design computation. Finally uses the software to carry out the PLC control simulation for manipulator's ； Hydraulic cylinder；Programmable logic Controller simulation;
全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305 XX学院 毕业设计说明书(论文) 作者: 学号： 学院(系): 专业: 题目: 重载搬运机器人本体结构设计【六自由 度机械手】 2015 年5月
全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305 毕业设计说明书（论文）中文摘要 机械手是一种典型的机电一体化产品，搬运机械手是机械手研究领域的热点。研究搬运机械手需要结合机械、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。 本文对一种使用在搬运机械手的结构进行设计，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，关节型机械手，结构分析
毕业设计说明书（论文）外文摘要
目录 1 绪论 (1) 1.1 引言 (2) 1.2 搬运机械手研究概况 (3) 1.2.1 国外研究现状 (3) 1.2.2 国内研究现状 (4) 1.4 搬运机械手的总体结构 (5) 1.5 主要内容 (5) 2 总体方案设计 (6) 2.1 机械手工程概述 (6) 2.2 工业机械手总体设计方案论述 (7) 2.3 机械手机械传动原理 (8) 2.4 机械手总体方案设计 (8) 2.5 本章小结 (10) 3 机械手大臂结构设计 (1) 3.1 大臂部结构设计的基本要求 (1) 3.2 大臂部结构设计 (2) 3.3 大臂电机及减速器选型 (2) 3.4 减速器参数的计算 (3) 3.5承载能力的计算 (7) 3.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算 (7) 3.5.2 柔轮疲劳强度的计算 (7) 3.6 轴的计算校核 (8) 3.7 大臂的平衡设计 (11) 3.7.1 弹簧的受力分析 (11) 3.7.2 弹簧的设计计算 (14) 4机械手小臂结构设计 (18) 4.1 腕部设计 (18) 4.2 小臂部结构设计 (31)
第一章引言 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 1.1 机械手的分类 机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。
二自由度机械臂动力 学分析
平面二自由度机械臂动力学分析 姓名：黄辉龙 专业年级：13级机电 单位：汕头大学 摘要：机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过分析，得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 关键字：平面二自由度 动力学方程 拉格朗日方程 相关介绍 机器人动力学的研究有牛顿-欧拉（Newton-Euler ）法、拉格朗日 (Langrange)法、高斯（Gauss ）法等，但一般在构建机器人动力学方程中，多采用牛顿-欧拉法及拉格朗日法。 欧拉方程又称牛顿-欧拉方程，应用欧拉方程建立机器人机构的动力学方程是指研究构件质心的运动使用牛顿方程，研究相对于构件质心的转动使用欧拉方程，欧拉方程表征了力、力矩、惯性张量和加速度之间的关系。 在机器人的动力学研究中，主要应用拉格朗日方程建立机器人的动力学方程，这类方程可直接表示为系统控制输入的函数，若采用齐次坐标，递推的拉格朗日方程也可以建立比较方便且有效的动力学方程。 在求解机器人动力学方程过程中，其问题有两类： 1)给出已知轨迹点上? ??θθθ、及、 ，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩矢量τ。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 2)已知关节驱动力矩，求机器人系统相应各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩矢量τ，求机器人所产生的运动? ??θθθ、及、 。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 平面二自由度机械臂动力学方程分析及推导过程 1、机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： 1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量n r ,,2,1,r ???=θ。 2) 选定相应关节上的广义力r F ：当r θ是位移变量时，r F 为力；当r θ是角度变量时，r F 为力矩。 3)求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 2、下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。
注：1）2008年春季讲课用；2）带下划线的黑体字为板书内容；3）公式及带波浪线的部分为必讲内容第3章工业机器人静力学及动力学分析 3.1 引言 在第2章中，我们只讨论了工业机器人的位移关系，还未涉及到力、速度、加速度。由理论力学的知识我们知道，动力学研究的是物体的运动和受力之间的关系。要对工业机器人进行合理的设计与性能分析，在使用中实现动态性能良好的实时控制，就需要对工业机器人的动力学进行分析。在本章中，我们将介绍工业机器人在实际作业中遇到的静力学和动力学问题，为以后“工业机器人控制”等章的学习打下一个基础。 在后面的叙述中，我们所说的力或力矩都是“广义的”，包括力和力矩。 工业机器人作业时，在工业机器人与环境之间存在着相互作用力。外界对手部（或末端操作器）的作用力将导致各关节产生相应的作用力。假定工业机器人各关节“锁住”，关节的“锁定用”力与外界环境施加给手部的作用力取得静力学平衡。工业机器人静力学就是分析手部上的作用力与各关节“锁定用”力之间的平衡关系，从而根据外界环境在手部上的作用力求出各关节的“锁定用”力，或者根据已知的关节驱动力求解出手部的输出力。 关节的驱动力与手部施加的力之间的关系是工业机器人操作臂力控制的基础，也是利用达朗贝尔原理解决工业机器人动力学问题的基础。 工业机器人动力学问题有两类：(1)动力学正问题——已知关节的驱动力，求工业机器人系统相应的运动参数，包括关节位移、速度和加速度。(2)动力学逆问题——已知运动轨迹点上的关节位移、速度和加速度，求出相应的关节力矩。 研究工业机器人动力学的目的是多方面的。动力学正问题对工业机器人运动仿真是非常有用的。动力学逆问题对实现工业机器人实时控制是相当有用的。利用动力学模型，实现最优控制，以期达到良好的动态性能和最优指标。 工业机器人动力学模型主要用于工业机器人的设计和离线编程。在设计中需根据连杆质量、运动学和动力学参数，传动机构特征和负载大小进行动态仿真，对其性能进行分析，从而决定工业机器人的结构参数和传动方案，验算设计方案的合理性和可行性。在离线编程时，为了估计工业机器人高速运动引起的动载荷和路径偏差，要进行路径控制仿真和动态模型的仿真。这些都必须以工业机器人动力学模型为基础。 工业机器人是一个非线性的复杂的动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间。因此，简化求解过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 在这一章里，我们将首先讨论与工业机器人速度和静力学有关的雅可比矩阵，然后介绍工业机器人的静力学问题和动力学问题。
四自由度搬运机械手的设计毕业论文 1引言 1.1机械手研究的背景及其意义 机械手是当今世界的科技革命发展飞速变革的必然产物，它的出现标志着现今的工业、制造业水平发展到了前所未有高水平阶段。最初出现的机械手只是应用在航空航天和海洋勘探等高端科技领域，随着近几十年来计算机在科技领域全面应用，科技革命的变革也加速了科学技术的蓬勃发展。在此背景下机械手技术也在飞速发展，并且在其应用领域也不断地深入、飞速地拓宽，特别是近些年来机械手在现代制造业领域更是得到了非常广泛的应用。由于机械手是通过预先编写好的程序来控制其动作次序和轨迹，所以机械手可以代替人力去完成那些单调的、重复的、特别是对于人类来说毫无意义的工作，除此之外机械手还能够在恶劣的环境中完成那些人类不想完成的或不能完成的工作，特别是在一些危险的工作环境或者是对精度要求较高的工作条件之下，机械手相比较人力有得天独厚的优势——机械手在某些邻域能够完全替代人力，将人类从脏、乱、差的工作环境中解放出来，这是人类社会几千年来的又一次变革和人类生活方式的又一次蜕变。特别是近几十年来工业、制造业领域在机械手的广泛应用下发生了伟大的变革，在此背景下整个社会的生产力水平、产品生产质量和生产效率大大提高，与此同时在工业生产中现代工人的劳动强度也大大降低。 机械手技术虽然发展迅猛，但现在市场上的机械手大多还处在高端应用领域，价格也相对昂贵，不能满足低成本、低层次应用领域的需求。所以本课题希望设计出一种成本低、应用层次相对较低的机械手，填补这一领域市场的空白，这对
于工业、制造业领域以及人类社会的发展都具有及其重要的意义和价值。在机械手技术领域中，机械手在模型设计上，四自由度机械手是机械手产品中的典型设计模型，在技术上，四自由度机械手技术门槛相对较低——四自由度便于设计和实现，在应用层面上，四自由度机械手对于一般的重复性工作条件完全满足，在成本上，四自由度机械手在满足一些复杂动作的工作条件下便于实现低成本，也就说其性价比相对较高，所以本论文以《四自由度搬运机械手》为课题进行研究旨在设计出一个比较实用的、成本低的、具有一定的实际应用价值的机械手。1.2机械手的研究现状和发展前景 机械手是现代工业革命变革、现代工业水平高度提高催生的一种新技术产品，从较高应用层次来说，机械手是集机械设计、计算机程序控制等多领域知识和多种设计方法于一身的一种新型自动化装备，特别是近年来互联网、大数据的出现和应运机械手已开始从自动化向智能化领域迈进。机械手虽然在近几十年来才出现，其发展历史并不算太长，机械手最早起源于美国，接着又在德国、日本等工业发达国得到了飞速发展，然而我国近十年来虽然工业发展迅猛，可机械手在工业领域的应用才刚刚起步，机械手设计的技术水平同国外仍有很大差距，特别实是在机械手的高端应用领域，主要体现在机械手的可靠性和精度指标上面。 近年来机械手在工业、制造业领域的应用突飞猛进，这对于工业文明的进步产生了“雪崩式效应”，越来越多的无人化工厂随着机械手的发展如春笋般涌现。随着进入21世纪以来，互联网技术飞速发展，工业、制造业领域正发生着一场伟大的变革，从美国的“工业互联网”到德国的“工业 4.0”，再到“中国制造2025”，世界工厂已经开始由“无人化工厂”向“智能化工厂”转变，在此历
前言 可编程控制器是20世纪70年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内的机床设备已越来越多采用PLC控制系统采用控制系统取代传统的继电—接触器控制系统小；价格上能与继电—接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传播数据等。 本课题是基于PLC控制四自由度机械手运行。 工业机械手是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。有着广阔的发展前途。本课题通PLC自动控制对机械手实现机械手规定动作并实现回原点、手动方式和自动方式三种工作方式的选择，并对系统进行运行效率分析。
摘要 随着工业机械手的进一步发展，其发展将更趋向于人性化、智能化并将在更加广泛的领域得到应用。机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。通过对机械制造与自动化大学专科三年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，确定机械手的工作原理和运动机理。设计了一种四自由度机械手，采用可编程序控制器（PLC）设计其控制系统,以提高其工作的稳定性能。 关键词：机械手梯形图 PLC 电磁阀 Abstract With the further development of industrial robots, and its development tends to be more humane, intelligent and in a wider range of applications. Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine, it can be scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment, industrial automation, promote the production of industrial production of the further development plays an important role .Manipulator noted extensively and welcome by people for it has powerful vitality. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level.Mechanical manufacturing and automation through the junior college for three years to integrate the knowledge of industrial manipulator mechanical structure and function of various parts of exposition and analysis to determine the robot motion principle and mechanism.Design a four-DOF manipulator to enhance the stability of their work for using the programmable logic controller to control system. Keywords: Manipulator Ladder diagram PLC Solenoid valve
工程机械臂系统结构动力学分析 发表时间：2019-06-18T10:03:50.107Z 来源：《科技新时代》2019年4期作者：张雷[导读] 工程机械臂架系统是工程机械设计的核心，优秀的设计对整个工作、生产都有极大的帮助。 安徽省矿业机电装备有限责任公司 235000 摘要 “十三五”以来，我国的机械制造业迅猛发展，自主创新能力不断提升，对国民经济的发展有这深远的意义。工程机械的作业环境恶劣，结构复杂，吨位大，技术是发展的关键。工程机械臂架是大型机械设计的关键，其合理性直接影响到机械的作业精准性。目前的技术下，各种工程机械臂灵活、高效，但复杂的工作环境很大程度上制约了其工作性能。因此，本研究对提升工程机械臂系统有着重大的意义。 关键词：工程机械臂，多体动力学，等效单元，动态优化一、理论概述 （一）多体动力学 多体动力学包括刚体系统动力学和柔体系统动力学。 图1 多刚体系统与多柔体系统关系（二）工程机械臂 工程机械臂架系统是工程机械设计的核心，优秀的设计对整个工作、生产都有极大的帮助。根据本人查阅的相关资料，目前的研究主要有以下几个方面： （1）工作机械臂系统的动力学微分方程建模该系统采用多体动力学的方法加墨，常用的方法有牛顿-欧拉方法、拉格朗日法等。（2）动力学仿真 采用动力学分析软件进行仿真，求解数值。常用软件有：MATLAB、Adams、ANSYS。（3）模态分析 机械结构的动态特征是通过振动模态参数判断的，包含了各阶频率、阻尼等。通过模态分析，得出各阶固有频率，对系统振型分析，得出优化结构设计。 （三）本研究对经济建设的意义“十三五”以来，我国的机械制造业迅猛发展，自主创新能力不断提升，对国民经济的发展有这深远的意义。工程机械的作业环境恶劣，结构复杂，吨位大，技术是发展的关键。工程机械臂架是大型机械设计的关键，其合理性直接影响到机械的作业精准性。目前的技术下，各种工程机械臂灵活、高效，但复杂的工作环境很大程度上制约了其工作性能。因此，本研究对提升工程机械臂系统有着重大的意义。其次，我国经济飞速反正，大型机械设备的租赁业务迅速萌芽，市场对工程机械的的需求急剧上升。市场大环境也为工程机械产品的革新提供了肥沃的土壤。 二、工程机械臂系统结构动力学分析多体动力系统对大型机械设备的意义重大，多体系统中包含了多刚体系统和柔性多体系统。机械臂的建模方法主要有牛顿-欧拉方法、凯恩方法等。工程机械臂动力学建模的等效有限元方法，是指用等效单元替代系统部件，从而代替真实运动系统。它可以大大减少人力分析工作。 （一）等效单元 将机构划分为多个单元，用集中质量和惯量表示。在任意外力作用下，有相同的运动状态。如果满足以上条件，广义惯量阵与原义无差别，则可以保证等效集中质量。构造单元的质量阵，其实并未真实分布，称为伪质量阵。（二）伪质量矩阵 对系统分析时，采用齐次坐标描述。
四自由度机械手 本科毕业设计说明书(论文) 摘要 在中国工业韧带发展中，很多高生产率高精度的机械加工设备从国外引进，比如数控车床和铣床等，还有把几种机床的功能集中在一起的加工中心等。总之这类CNC机床大大的提高了工作速度，产品的加工精度，降低了工作的劳动强度，所以大受欢迎。但是这类设备引进费用也是相当的昂贵，所以国内很多企业的技术人员在原先的旧机床上进行改进，来达到提高生产率和降低工人的劳动强度，实现工业自动化，这类改进同样也大受欢迎。 本文所设计的机械手主要用于搬运工件，工件总重不大于10Kg，长150cm，宽150cm，高150cm的立方体。为了增加本机械手的通用性，在结构尽可能紧凑的情况下，最大限度的是机械手具有较大的抓取范围。 本文主要介绍了搬运机械手的概念、组成和分类，接受的自由度和坐标形式、运动及国内外的发展状况。对于搬运接受进行总体方案设计，首先机械手的驱动装置为液压缸，然后确定了机械手的坐标像是为圆柱坐标型，自由度数为4，接着确定了机械手的驱动装置为液压缸，然后确定了机械手的主要技术参数。同时，设计了机械手的手部结构形式为气缸杠杆式手爪、臂部结构形式采用液压缸导向连接的双横臂结构，底座采用电机带动竖臂的旋转。机身结构形式为升降缸用液压缸的结构形式，计算出夹紧工件所需的驱动力、手爪转动时所需的驱动力矩、手臂的伸缩所需的驱动力手臂的俯仰所需的驱动力、手臂的升降所需的驱动力，和手臂回转所需的驱动力矩。继而设计了装箱机械手的各部分液压缸的尺寸和结构及各部分之间连接与支承部件的结构与尺寸。 关键词:搬运机械手; 液压驱动;液压缸;自动化
I 本科毕业设计说明书(论文) Abstract In China industrial ligament development, a lot of high productivity high precision machining equipments imported from abroad, such as CNC lathes and milling machines, and have several function of machine together in processing center, etc.. In this kind of CNC machine greatly improves the speed of work, product processing precision, reduces the labor intensity of work, so popular. But this kind of equipment is also very expensive, so many domestic enterprises technical personnel in the original old machine is improved, to improve productivity and reduce labor intensity of workers, industrial automation, this kind of improvement is also very popular. The manipulator is designed in this paper is mainly used for handling the workpiece, the workpiece weight is less than 10Kg, length 150cm, width 150cm, high 150cm cube. In order to increase the versatility of manipulator in structure, as far as possible compact case, maximum limit is the manipulator has a large capture range. This paper mainly introduces the concept, composition and classification of the manipulator, freedom and coordinates, movement and development at home and abroad to accept. For the handling of acceptance for the overall program design, first drive manipulator for hydraulic cylinder, and then determine the coordinate manipulator like cylindrical coordinate, the number of degrees of freedom is 4, then the drive
单片机六自由度机械手控制程序 #include
void init(void); void EXT1_INT(void) { EX1=1; IT1=1; EA=1; } void EXT0_INT() { EX0=1; IT0=1; EA=1; } void EXT1_INT_SRV() interrupt 2 { i++; } //主程序 void main() { while(1) {if(k1==0) {reservo();//电机复位程序break;} } EXT1_INT();//中断初始化 if(i!=0&&i%6==0)
平面二自由度机械臂动力学分析 [摘要] 机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。本文采用拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过研究得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 [关键字] 平面二自由度 一、介绍 机器人是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，简化解的过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 机器人动力学问题有两类： (1) 给出已知的轨迹点上的，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩向量Q r。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 (2) 已知关节驱动力矩，求机器人系统相应的各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩向量τ，求机器人所产生的运动。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 二、二自由度机器臂动力学方程的推导过程 机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： (1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量θr ，r=1, 2,…, n。 (2) 选定相应关节上的广义力F r：当θr是位移变量时，F r为力；当θr是角度变量时， F r为力矩。 (3) 求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 (4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。 1、分别求出两杆的动能和势能
两自由度机械手动力学问题 1题目 图示为两杆机械手，由上臂AB、下臂BC和手部C组成。在A处和B处安装 有伺服电动机，分别产生控制力矩M 1和M 2 。M 1 带动整个机械手运动，M 2 带动下臂 相对上臂转动。假设此两杆机械手只能在铅垂平面内运动，两臂长为l 1和l 2 ， 自重忽略不计，B处的伺服电动机及减速装置的质量为m 1 ，手部C握持重物质量 为m 2 ，试建立此两自由度机械手的动力学方程。 图1 图2
2数值法求解 拉格朗日方程 此两杆机械手可以简化为一个双摆系统，改双摆系统在B 、C 出具有质量m 1,m 2,在A 、B 处有控制力矩M 1和M 2作用。考虑到控制力矩M 2的作用与杆2相对杆1的相对转角θ2有关，故取广义力矩坐标为 2211,θθ==q q 系统的动能为二质点m 1、m 2的动能之和，即 由图2所示的速度矢量关系图可知 以A 处为零势能位置，则系统的势能为 由拉格朗日函数，动势为： 广义力2211,M Q M Q == 求出拉格朗日方程中的偏导数，即
代入拉格朗日方程式,整理得: 给定条件 （1）角位移运动规律 ()231*52335.0*1163.0t t t +-=θ，()232*52335.0*1163.0t t t +-=θ 21θθ和都是从0到90°，角位移曲线为三次函数曲线。 （2）质量 m 1=4㎏ m 2=5kg （3）杆长 l 1= l 2= MATLAB 程序 t=0::3; theta1=*t.^3+*t.^2; w1=*t.^2+*t; a1=*t+; theta2=*t.^3+*t.^2; w2=*t.^2+*t; a2=*t+; m1=4; m2=5; l1=; l2=;
四自由度液压搬运机械手设计摘要: 通过对机床工件搬运机械手主要结构和运动形式的探究，以及对机械手的工作过程和控制要求分析，根据机械手动作循环图设计液压系统控制图;并采用欧姆龙控制器系统进行电气部分的软硬件设计，绘制了 PLC 的外部接线图和单循环自动工作状态流程图，将 PLC 技术应用于机械手具有整体技术及经济效益Abstract: The hydraulic system control was designed according to the cycle operation of manipulator，through the study of main structures and movement forms of the manipulator and the analysis on working processes and control requirements of the manipulator． The software and hardware design for the electrical part was done by using the Omron controller system． The external wiring diagram and automatic single cycle working state flow chart of the PLC were drawn． The application of PLC to manipulator would have technological and economic benefits． 关键词:机械手，四自由度，搬运，液压驱动，PLC控制 Key words: manipulator; Four dof handling PLC control hydraulic system 1、结构设计方案 1.1机械手的机械结构 常见的工业机械手根据手臂的动作形态，按坐标形式大致可分为以下4种：（1）直角坐标型机械手；（2）圆柱坐标型机械手；（3）极坐标系机械手；（4）多关节型机械手 1.1.1机构原理 这里的机械手可完成的动作有夹紧工件、手臂转位、松开卸料、手臂复位等基本动作，该机械手可看成是一个由4个自由度构成的机构（各组成部分的定义如图1所示）四自由度分别为基座的旋转、立柱的升降、大臂的伸缩以及小臂的旋转。