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工业机器人模块化设计研究
作者：陈航， 殷国富， 赵伟， 周晓军， CHEN Hang， YIN Guo-fu， ZHAO Wei， ZHOU Xiao-jun
作者单位：陈航,殷国富,赵伟,CHEN Hang,YIN Guo-fu,ZHAO Wei(四川大学,制造科学与工程学院,四川,成都,610065)， 周晓军,ZHOU Xiao-jun(成都广泰实业有限公司,四川,成都,610165)
刊名：
机械
英文刊名：MACHINERY
年，卷(期)：2009,36(3)
被引用次数：2次
参考文献(6条)
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2.贾庆轩;杨磊;孙汉旭;马国伟 郐永涛机器人模块化关节的设计与实现[期刊论文]-机电产品开发与创新
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3.费燕琼;赵锡芳;徐卫良机器人模块化的结构设计研究[期刊论文]-机器人 1999(05)
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5.张兴国;刘明工业机器人组合式模块化结构设计研究[期刊论文]-制造业自动化 2008(07)
6.单以才机器人机械操作臂的模块化设计及其控制的研究[学位论文] 2003
本文读者也读过(5条)
1.张兴国.刘明.ZHANG Xing-guo.LIU Ming工业机器人组合式模块化结构设计研究[期刊论文]-制造业自动化2008,30(7)
2.焦恩璋经济型模块化工业机器人的前期研究[期刊论文]-制造业自动化2002,24(2)
3.赵亮.闫华晓.俞剑江.ZHAO Liang.AN Hua-xiao.YU Jian-jiang基于关节模块的模块化工业机器人[期刊论文]-组合机床与自动化加工技术2008(9)
4.杨彦涛.孟令启.吴晓铃.YANG Yan-tao.MENG Ling-qi.WU Xiao-ling输灰管道清洗机器人系统的模块化设计[期刊论文]-郑州大学学报（理学版）2008,40(1)
5.梁飞华.邓宇.曾亚森.邢镇容AutoCAD.VBA与MATLAB环境下工业机器人仿真系统[期刊论文]-茂名学院学报2005,15(3)
引证文献(2条)
1.刘爽.殷国富.李雪琴.周晓军可重构模块化工业机器人构形及其静力学分析[期刊论文]-机械设计与制造
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2.舒畅.熊蓉.傅周东基于模块化设计方法的服务机器人结构设计[期刊论文]-机电工程 2010(2)
本文链接：https://www.doczj.com/doc/ca2577301.html,/Periodical_jx200903020.aspx
可重构模块化机器人现状和发展 摘要：由于市场垒球化的竞争，机器人的应用范围要求越来越广．而每种机器人的构形仅船适应一定的有限范围，因此机器人的柔性不船满足市场变化的要求．解决这一问题的方法就是开发可重构机器人系统．本文介绍了可重构机器人的发展状况，分析了可重构机器人的研究内容和发展方向． 关键词：重构性、机器人、摸块 1 引言 从理论上来讲，机器人是一种柔性设备，它能通过编程来适应新的工作，然而实际应用中很少使用这种情况．但传统的机器人都是根据特定的应用范围来开发的，虽然对那些任务明确的工业应用来讲，这种机器人已经足够满足实际需要了，然而由于市场全球化的竞争，机器人的应用范围要求越来越广，而每种机器人的构形仅能适应一定的有限范围，因此机器人的柔性不能满足市场变化的要求，解决这一问题的方法就是开发可重构机器人系统，它是由一套具有各种尺寸和性能特征的可交换的模块组成，能够被装配成各种不同构形的机器人，以适应不同的工作．因此可重构机器人系统的研究已引起越来越多的研究者和工业应用的兴趣，本文在分析了可重构模块化机器人的发展状况后提出了今后需要研究的方向。 2 国内外研究状况 国外对可重构机器人系统已经进行了大量的研究，目前已经开发的模块化机器人系统或可重构机器人系统主要有两类：一类是动态可重构机器人系统，另一类是静态可重构机器人系统．动态可重构机器人系统有：Pamecha 和Chirikjian～“的构形变化机器人系统（MetamorphicRobotic System）．它是由一套独立的机电模块组成的，每个模块都有连接．脱开及越过相邻模块的功能，每个模块设有动力，但允许动力和信息输入且可 通过它输到相邻模块，构形改变是通过每个模块在相邻模块上的移动来实现的，这种系统具有动态自重构的能力．KotayC21]等人提出了分子（Mo[ecu[e）的概念，自重构机器人的模块称为分子，分子是建立自重构机器人的基础，分子和其它分子相连接且分子 能够在其它分子上运动形成任意的三维结构，是一种动态的自重构系统．YimE 研究了一种动态可重构移动机器人，不用轮子和履带．而是通过称为多边形杆结构的
“工业机器人”设计大作业 作品题目：货物装卸机器人 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 指导教师：陈明
1 前言 货物装卸作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。货物装卸机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件货物装卸工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的货物装卸机器人愈10 万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛货物装卸、集装箱等的自动货物装卸。部分发达国家已制定出人工货物装卸的最大限度，超过限度的必须由货物装卸机器人来完成。装卸货物装卸是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高 2 设计方案论证 本课题通过对货物装卸机器人工作对象及工作场所的分析研究，深入了解其工作是 如何进行，各部分零部件应该如何运行以及如何紧密配合，先确定其总体结构再对主要 零部件进行设计计算确定其尺寸大小以及确定电机型号。 2.1 基本思想 （1）设计要考虑要求和工作环境的限制。 （2）考虑到货物装卸货物时所需要精确度不是很高，为了简化结构，境地成本，采用 角铁焊接结构。 （3）为了满足设计要求，须设计三个独立的电机驱动系统，各部分之间通过计算 机控制、协调工作。 （4）本次设计只是该题目的机械部分，而对应控制部件的考虑较少。 3 仓库货物装卸机器人的设计计算 3.1 货物装载伸缩装置的设计 3.1.1 确定传动方案 我们所学的传动方式有以下几种：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢 丝绳传动等，一般地说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热 情况较为严重，因而传动的功率不宜过大；摩擦轮传动由于必须有足够的压紧力，故而 在传递同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因而不宜用于大功率传动。带传
摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
六自由度工业机器人 对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人机器人能实现哪些功能活动空间（有效工作范围）有多大了解基本的要求后，接下来的工作就好作了。 首先是根据基本要求确定机器人的种类，是行走的提升（举升）机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式，也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。 接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程，在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图，分析简图，制定动作流程表（图），初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容，设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制，材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容，确认生产。 下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程： 在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的，在自动化生产线上的就有很多例子，如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子，如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速，机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。 六轴机器人的应用范筹不同，设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多，结构各有特色。在中国应用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。 既然机器人的应用那么广泛，在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题！有关机器人技术方面探讨太少了从业人员还不能成群体虽然在很多地方可以看到机器的论术，可是却没有真正形成普及的东西。 即然是要说设计，那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些，讲得不对的地方还请各位指正！ 六轴机器人是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人，应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢工作范围又怎样去确定动作怎样去编排呢位姿怎样去控制呢各部位的关节又是有怎么样的要求呢等等。。。。。。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧！ 首先我们设定：机器人是六轴多自由度的机器人，手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪;完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件，工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量：1700mm;转动270度;底座与地平线水平固定;全电机驱动。 好了，有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。 首先是全电机驱动的，那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了，也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。 机器人是用于焊接方面的，那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面，那就是焊接工艺;即然焊艺定不下来，我们就给它区分一下，在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。。。。。。 搞清了各种焊方法，也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行;在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考，有一个大概的轮廓概念就行了，待机械结构做完，各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。 焊枪是用常用的标准的焊枪，也就是说焊枪是随时可以更换下来的，也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。
北京大学工学院课程报告专用纸 2011 -2012学年第2 学期 姓名：雷博学号： 1100011099 课程名称：机器人竞赛实践主讲教师：谢广明 题目： 教师评语： 成绩：教师签名：
机器人的模块化机器人竞赛实践课程期末论文 雷博 2012 06 04
机器人的模块化 关键字：机器人，模块化，协调与整合； 背景：随着科学和技术的进步，机器人的类人化仿真已经取得了一些比较重要的成果。比如机器人的类人化双足行走○1和机器人人机互动手臂○2基本已经实现，还有机器人对于人面部表情的模拟和识别○3也已经取得了突破性的进展。总体上看，机器人的某一模块以在功能，作用方面的实现为方向的研发已经突飞猛进。 需要注意的是，这些“成熟”的机器人没有学习和记忆能力，也没有多少分析决策能力：因而没有人的指令预设它就不会动，就算能动也只是做一些又预设程序决定了的重复性活动；它也没法“新陈代谢”○4，永远存在着硬件方面的机械性老化和磨损便会一直进行，即是一个机器人没法长期性的自动更新，只能越来越破，越来越旧；它也没有感情○5，更不可能懂的什么是爱○6；······于是，我们就能发现，目前机器人的研究和开发还只是一个模拟性阶段过程，那么纵然自动执行指令的能力有多么好，它们逃不出“ROBOT”这个单词背后暗指“奴隶”的诅咒○7。 和人完善和成熟的生理功能相比，机器人的化还有很长的路要走。 由此，在机器人的研究和开发领域，一定程度上地分析和借鉴人类生理上的精妙系统化构造和各个系统搭配工作的过程将具有很重要的启发意义。并且，相应地将机器人模块化分析和研究将有助于“隔离法”局部性研究。且不提机器人高度智能化和自主化的负面后果，能够做出智能化和自主化的便已经是一种价值的伟大创造，而且我们也不应该因噎废食，仅仅因为潜在的风险而停下探索的脚步。 人类，作为万物之灵，是生物进化史上的一个奇迹。在生理上神经系统、运动系统、消化系统、呼吸系统、免疫系统、泌尿系统、脉管系统、生殖系统、内分泌系统和感觉器官○8一起协调合作，稳定搭配，借助新陈代谢这一核心过程，实现人了自主思考，学习与推理，运动和语言等重要特征性生理功能。 机器人的模块化 机器人模块化的定义：机器人的模块化，就是将机器人某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统；再将这个子系统作为通用性的模块与其他子系统进行组合，构成一个完整的机器人，甚至产生多种不同功能或相同功能、不同性能的效果。 机器人模块化的意义：
1.1 引言 我们知道，对于任何一个机器人系统来说，机构是它的“躯体”，控制系统则是它的“大脑”和“神经系统”，一个设计合理的机器人机构加上一个有效的控制系统，机器人才能成为一个名副其实的、“活生生”的机器人，控制系统的性能直接决定着机器人整体功能的实现和性能的高低。机构和控制系统是机器人不可分割的两个部分，在机器人设计过程中，它们始终相互影响，一个合理的机构才能将控制系统的性能完全发挥出来，同时，一个能与机构相匹配的良好合理的控制系统才能充分发挥机器人机构的特点，模块化可重组移动机器人是一种机制特点非常鲜明的机器人，它由多个一样的模块连接而成，每个模块都是完整的功能单元，能通过模块重组改变自身形态按照不同的步态进行移动。因此，控制系统的设计将要体现模块化机器人模块化、可重组的特点，这样才能发挥模块化机器人的性能。本文基于国家高科技研究发展计划（863）计划课题“模块化可重组机器人技术研究”，其任务就是为模块化机器人设计一个合乎机器人特点的控制系统。 本文将在分析模块化可重组移动机器人特点的基础上，将提出一个“模块化分布式控制系统”（MDCS:Modular Distributed Control System）的概念，并完成机器人控制系统的设计。 1.2 模块化机器人 模块化可重组移动机器人（Modular Reconfigurable Robot）（在下文中简称为模块化机器人）是指能够改变外形和运动方式的机器人系统。模块化机器人的基本思想就是：一个机器人由若干个相同的简单模块组成，它能根据任务的需要或外界环境的变化而对模块进行重组，从而改变自身的形状和运动姿态以适应不同的任务或不同的环境。 1.2.1 模块化机器人的提出 从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个漫长缓慢的发展过程，到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术得到了飞速发展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。机器人技术已成为高科技应用领域中的重要组成部分，它正向着具有行走能力、对环境自主性强的智能机器人发展方向。作为新一代的智能机器人，不仅要有感知、推理、判断等能力，还要有强健的“四肢”——运动执行机构。现在的移动机器人大都是借助轮子或者机械腿作为运动执行机构，它们的共同缺点是运动方式比较单一，对地形（特别是未知环境）的适应性不强。例如，机械腿式机器人行走时，当碰到比较松软的地形（如沙地）时，它就无法很好地进行移动。模块化可重组移动机器人就是为了克服这些传统机器人的固有缺点而被提出的，它是一种高度模块化、可重构变形的移动机器人。 1.2.2 模块化机器人的特点 模块化可重组移动机器人，顾名思义，其最大的两个特点就是：模块化和可重组性。 模块化——即模块化机器人设计的中心思想。机器人由若干个相同的模块组成，每个模块都是一个相对独立完整的单元实体，模块由电源、传感、控制、动力、通信等几个单元组成，能独立实现一些简单的功能并能和其他模块进行通信。 可重组性——机器人根据地形环境的改变或任务的需要而对自身的若干模块进行重组从而改变自身形态和运动方式。 除了模块化和可重组特点以外，模块化机器人还有着系统设计简单化、造价低、可替代性、开放性、可自动修复以及强健性和高稳定性等特点。 系统设计简单化、造价低。由于组成机器人的模块数量较多（几十个到几百甚至成千上万），整个机器人所要实现的功能被分离到众多的模块上，只要求每个模块实现有限的简单功能，因此，模块的结构就可以相当简化，其造价也相当低廉。而整个机器人系统由这些标准模块
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
工业机器人设计方案 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。工业机器人机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。工业机器人机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。 目录 1.工业机器人特点有以下几个 2. 工业机器组成结构及工作原理 3.工业机器人有哪些 1.工业机器人特点有以下几个
(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。
工业机器人 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上重要的成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动程度极大的工作，工作方式一般采取示教在线的方式。 本文将设计一台圆柱坐标型的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台：在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、以及控制元件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算
3.5 手臂强度校核 4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢
工业机器人机械结构模块化设计 发表时间：2019-08-05T15:48:34.500Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：林积新 [导读] 摘要：本文在对市场上常见的各种工业机器人进行功能分析前提下，根据其结构不同进行模块化划分，将工业机器人按通用模块的不同划分为六种模块，分别是终端执行器、绕z轴旋转臂、绕x（y）轴俯摆臂、沿X轴平移、平移转动、升降底座、AGV移动平台六种模块。 身份证号码：44098219890928XXXX 摘要：本文在对市场上常见的各种工业机器人进行功能分析前提下，根据其结构不同进行模块化划分，将工业机器人按通用模块的不同划分为六种模块，分别是终端执行器、绕z轴旋转臂、绕x（y）轴俯摆臂、沿X轴平移、平移转动、升降底座、AGV移动平台六种模块。当客户提出不同的机器人设计需求时，仅需按照其实际工况和技术要求来对接合适的模块种类，然后按照相关的技术标准完成模块装配，可以迅速完成客户所需的工业机器人设计。本文结合实际应用例子，论述了工业机器人模块化设计在提升设计效率的作用，为以后的工业机器人在生产应用中提供了一定的借鉴和参考价值。 关键词：工业机器人；模块化设计；效率 引言 随着中国的“中国制造2025”目标的提出，很多研发企业都围绕工业机器人的实际应用需求，在开发新的复合市场需要的工业机器人产品加大投入。随着设计技术的进步，设计机器人时标准化、模块化也是必不可少的内容，为机器人快速响应多样化需求打下基础。同时，也有利于进一步扩大机器人的实际应用市场。根据现今工业机器人的发展推测，将来的30年工业机器人技术都将是一个高速增长时期，任何一个企业只要能够设计制造出符合当今社会迅速变化的工业机器人，将占领大量的未来市场，赢得丰厚的市场回报。但是就目前而言，工业机器人的设计周期长、投资成本太高，其对应的应用范围局限性较大，以上这些限制因素都使的它们难以适应当今速变化的市场需求。所以工业机器人模块化设计在未来提供设计效率上尤为重要。 一工业机器人模块化划分 （一）模块划分的方法和理论 本文在讲过长期的市场调查以及工业机器人的功能分析过程中，通过大数据分析以及总结，将机器人产品详细的划分成了具有特定作用的但又相对通用的功能模块，同时也根据相关的标准确定了其对应的定义模块接口和要求。因此模块化划分工业机器人，需要考虑到以下三点因素：第一，模块划分的基本原则就是用最少的模块组合最多的产品；第二，所划分的模块其结构和功能都是独立以及完整的；第三，为了使同功能的模块可以互换以及不同的模块可以组合，所以所划分的模块其组合性以及互换性都要较高。 （二）模块划分及其功能 本文这次就以关节型机器人为例，进行相关的论述和分析，关节型机器人其主要的工作原理就是连杆利用关节交替连接而成。通过大数据对其的总结分析，可以将其分成六个模块，所划分的各模块以及其对应的解析如下图1所示。通过图一中的解析，可以确定其和机器人连杆平行的轴是z轴，而对应的垂直于机器人连杆的轴则是z、y轴。 图1 机器人模块 图1中的AGV智能移动模块（序号），已经成熟应用到工业生产和物流业中，能自主导向运载机器人移动特定区域；升降平台模块（序号2）则安装在AGV模块上，支撑机器人增大其在垂直方向的工作空间；绕Z轴旋转模块（序号3）则提供机器人在水平方向的圆周运动；平移模块（序号4）增加机器人在同一垂直面上的运动空间；绕X、Y以及在X轴的平移模块（序号5、6、7）增加了机器人在微小空间的自由度，更好地满足工作需求。终端执行器（序号8）可以分为吸附式、机械夹持式、其他三种类型，可以执行直接作业的功能。通过分析可以得出，工业机器人不同功能均可分解为以上若干模块的组合，为模块化设计提供依据。 二、如何实现模块化设计 （一）模块化设计流程 想要进行工业机器人的模块化、数字化、参数化设计，那么就要先有足够的符合用户需求的并且根据实际工况来划分完美的模块种类、数量和装配方式，这样才可以根据客户的需要来逐项确定各模块的尺寸和布置形式，而其尺寸和布置形式确定后，工业机器人的机械本体结构也就是设计完成了。本文提供如图3图示模块化工业机器人的设计流程。
本科毕业设计 四自由度搬运物料工业机器人的设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
工业机器人毕业设计 目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算 3.5 手臂强度校核
4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢
1 绪论 1.1 工业机器人研究的目的和意义 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统 （FMS）、自动化工厂（ＦＡ）、计算机集成制 造系统（ＣＩＭＳ）的自动化工具。广泛采用 工业机器人、不仅提高产品的质量与数量而且 也保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强 度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低 生产成本有着十分重要的意义。与计算机、网 络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益 改变着人类的生产和生活方式。 ２０世纪８０年代以来，工业机器人技术逐渐成熟、并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及工程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。 １驱动方式的改变 ２０世纪７０年代后期，日本安川电动机公司研制出了第一台全自动的工业机器人而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。但与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大的提高。因此它逐步代替了采用液压驱动的机器人成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、ＲＶ减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。 ２信息处理速度的提高 机器人的动作通常是通过机器人的各个环节的驱动电动机的运动而实现的。为了是机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算并在此基础上向机器人的各个环节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，CPU的计算能力有了很大的提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制２０多个关节。机器人控制性能的提高，也进一步促进了工业机器人本身性能的提高并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展已经出现了多台机器人通过网络共享信息并在此基础上进行协调控制的技术趋势。 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势 目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中，极大的促进物流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据
SolidSnake-II ——模块化机器蛇概述一、应用背景： 近几年来，仿生机器人学正在机器人领域占有越来越重要的位置，蛇形机器人由于其结构的特殊性,已成为仿生领域的研究热点。蛇形机器人在战场上的扫雷，爆破，矿井和废墟中探测营救，管道维修以及外行星地表探测等条件恶劣，且要求有高可靠性的领域有着广阔的应用前景。模块化设计和高冗余度设计等新思路的提出和逐步完善，使蛇形机器人成为研究的亮点。 二、SolidSnake II 实验样机概述： SolidSnake II 结合了国内外蛇形机器人的发展现状，充分考虑了蛇类生物的运动特点，从仿生学的角度，结合机器人动力学和摩擦学等的相关理论，建立了基于行为控制理论的蛇类运动学模型，把蛇类生物的复杂运动形式化解为局部的、简单的行波状态，并以固定的相位差沿蛇体进行传播。采用中央处理机（即蛇的大脑）集中控制的方式把各种运动方式进行合成，实现了机器蛇的蠕动、游动、侧移、侧滚、抬头、翻越障碍物等运动形式。在对蛇类运动机理深入研究的基础上，得出了利用杆状结构的角度变化和运动时延，相位差去控制机器蛇运动的速率和运动方向的规律，并在实验中得到了验证。 三、solid snake – II 创新点详述 一）、模块化的机构设计： 采用模块化的机构设计，可以很快的 组装一条新蛇，而且结合电路系统，可以 实现任意节数的组合，以适应不同的应用 场合。单元体模块组成部件有：两节壳体， 两个伺服电机，一块从机控制板。 机械对接接口非常简单，只需要五个螺钉 即可对接一个单元体。 一个模块化单元体为一个正交 的关节，有两个正交方向的自由度， 在机械结构与控制结构上均自成一 体，通过总线与其他从机及主机通 讯。 标准配置的SolidSnake-II 带有 外接电池。但用户可以自行加装电池 到每个单元关节，以便无缆运行。
《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 2014 年10 月1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15)
一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，
工业机器人设计毕业论文开题报告工业机器人设计 开题报告 1.工业机器人简介 机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。 目前，工业机器人的定义，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器人协会给工业机器人下的定义:工业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，对工业机器人作如下定义: 工业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。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。 工业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。 工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用工业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。机器人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。 根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能(如视觉，力觉，触觉等)。以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。 在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动。 2.工业机器人的发展 工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代: 第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。 第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从1980年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。 第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变
模块化机器人竞技 一、参赛范围 1.参赛组别：小学组、初中组、高中组（含中职）。 2.参赛人数：1～2人/团队。 3.指导教师：1人（可空缺）。 4.每人限参加1个赛项、1支队伍。 二、竞赛流程 1.报名：参赛选手按地方组委会规定的方式和时间进行报名，报名成功的选手有参加地方选拔赛的资格。 2.地方选拔：依据全国组委会给定名额，确定地方入围选手，并按规定时间报送全国组委会。 3.全国决赛：入围选手现场确定一等奖、二等奖、三等奖，入围但未能到达决赛现场参赛的选手视为弃权，不予评奖。 三、竞赛环境 1.编程系统：CellRobot EDU电脑端程序等能够完成竞赛的编程软件。 2.编程电脑：参赛选手自带竞赛用笔记本电脑（Windows 7及以上操作系统），并保证比赛时笔记本电脑电量充足（可自备移动充电设备）。 3.移动设备：参赛选手自带装有CellRobot软件的手机或iPad，仅为比赛时操控机器人使用，不得用于信息传递或存储。
4.禁带设备：U盘、对讲机。 5.禁止携带资料、笔记及任何可以复制文件的工具进入竞赛现场；可以携带空白A4纸2张、签字笔或铅笔进入竞赛现场。 四、竞赛场地
1.场地尺寸：总长3000mm，总宽2000mm。 2.场地区域：比赛场地一共分为两个区域：自动任务区和手动任务区。自动任务区的任务：巡线任务、车库停车任务；手动任务区的任务：翻越障碍、物资搬运任务、折返任务。比赛固定任务是自动任务区的巡线任务和车库停车任务，非固定任务是手动任务区的任务，具体任务选择由裁判在现场比赛开始前，根据选手组别临时抽取。 3.各场地区域具体设置如下： （1）巡线任务区为平面，长和宽均为2000mm，平面上有黑色S 型轨迹线，线宽60mm，轨迹线两侧10cm处（无确定地点）会出现“陷阱旗子”，机器人在巡线过程中如果撞倒旗子，会减掉相应的分数。 （2）车库停车任务区，单个车库长和宽约为330mm，车库区整体长和宽均为1000mm；车库区最右侧，每个车库正前方约600mm处都有1块挡板，作为车库指示牌。 （3）翻越障碍任务区：障碍区由一块长1000mm、宽500mm、高60mm的木板构成。 （4）物资搬运任务区：该区域长和宽均为1000mm，区域中心位置为仓库，用来存放货物，仓库直径为300mm；区域四个直角方向分别有4个物资，物资区域直径为100mm。 （5）折返任务区：该区域长和宽均为1000mm。 4.起点与得分区： 起点位于比赛场地巡线任务的起点，得分区详见下文的“七、评分标准”。