六关节型机器人

贝加莱 ACOPOSmulti 在奇瑞 6 关节机器人系统中的应用邓后刚前言奇瑞汽车股份有限公司是中国最大的自主品牌汽车生产商之一。

目前， 奇瑞公司已具备 年产整车 90 万辆、发动机 65 万台和变速箱 40 万套的生产能力。

随着生产规模不断扩大， 对自动化生产线需求也越来越高，工业机器人的应用数量也越来越多。

为了降低生产成本， 奇瑞汽车从 2007 年开始自主研发工业机器人，目前已完成基于贝加莱工业自动化系统的第 三代机器人的研发。

本文介绍奇瑞汽车基于 B&R ACPOSmulti 伺服驱动系统和 B&R 机器人软件库系统完成 的具有革新性的机器人系统设计， 代表着国内机器人技术的领先水平， 并且它是由奇瑞汽车 和贝加莱（中国）的工程师共同研发的具有自主知识产权的机器人技术。

1. 机械系统工业机器人主要有机械系统、控制系统、系统软件三部分组成，其中机械部分由奇瑞汽 车自己设计并制造，而控制系统采用了贝加莱的 ACOPOSmulti 和 APC 产品构成，软件则 由双方的研发团队共同完成。

1.1 机械系统组成 机器人机械系统主要由机械本体和外围结构件组成，如图 1 所示。

机械本体主要由底 座部分、平衡缸部分、大臂、小臂部分和手腕部分组成。

外围结构主要由管线包以及一些管 卡组成。

图 1：机器人机械系统组成 1.2 机器人性能参数 基于贝加莱系统的第三代机器人是奇瑞汽车股份有限公司自主研发的大负载工业机器 人，型号为 QB-165，最大负载 165 公斤，有六个自由度。

该机器人也是我国自主研发的最 先进的大负载工业机器人之一，各项性能参数达到国际先进水平，具体参数如表 1 所示。

项目 性能CHERY QB-165 动作类型 控制轴 放置方式 J1 轴 最大 动作 速度 J2 轴 J3 轴 J4 轴 J5 轴 J6 轴 J1 轴 最大 动作 范围 J2 轴 J3 轴 J4 轴 J5 轴 J6 轴 最大活动半径 手部最大负载 重复精度 噪音 多关节型 6轴 地装 100°/sec 90°/sec 95°/sec 130°/sec 130°/sec 180°/sec ±180° +80°/-60° +80°/-210° ±360° ±120° ±360° 2.6m 165kg ±0.3mm 80dB 表1：机器人性能参数表2. 控制系统机器人系统由于长期运行于生产过程中，因此对于控制系统的可靠性和稳定性要求较 高，因此，选择了来自贝加莱的 ACOPOSmulti 驱动系统和 APC 系统。

六足机器人概述六足机器人是一种模仿昆虫六足行走方式的机器人，通过六只机械腿来实现行走。

它具备优秀的适应性和灵活性，可以应用于各种环境和任务。

本文将介绍六足机器人的工作原理、应用领域以及发展趋势。

工作原理六足机器人的行走原理类似于昆虫的行走方式。

每条腿通过多个关节相互配合，通过变换关节角度来实现前进、转向和躯体姿态调整等动作。

六足机器人可以通过相互独立的六条腿实现高度灵活的运动，具备良好的稳定性和适应性。

结构与设计六足机器人的结构设计包括机械结构、运动控制和感知系统等。

机械结构部分主要包括腿部结构和机身结构两部分。

腿部结构通常由关节和执行机构构成，通过控制关节的运动来实现机器人的行走。

机身结构则包括各个腿的连接以及电源和控制电路等。

运动控制系统主要包括运动学和动力学控制算法，通过对腿部的运动轨迹和力矩进行控制来实现机器人的行走。

感知系统则用于获取环境信息，如摄像头、距离传感器等。

应用领域六足机器人具有广泛的应用领域，例如：1.探测和救援：六足机器人可以进入狭小的空间，例如地下管道、建筑破损区域，进行搜救和探测任务。

2.陆地勘探：六足机器人可以在复杂地形中进行探索和勘测，例如极地、山区等。

3.农业和园艺：六足机器人可以应用于农业和园艺领域，进行种植、除草和喷药等任务。

4.建筑施工：六足机器人可以在建筑工地上进行搬运和运输，提高工作效率和安全性。

5.交通巡逻：六足机器人可以用于人员巡逻和交通管制，增强公共安全。

发展趋势随着科技的不断进步和应用需求的增加，六足机器人在未来有着广阔的发展前景。

以下是几个可能的发展趋势：1.智能化：六足机器人将会越来越智能化，具备自主决策和学习能力，能够根据环境和任务自主完成行走和操作。

2.多功能化：六足机器人将会具备多种功能，例如搬运、搜救、勘测等，能够适应不同的应用需求。

3.合作与协作：多个六足机器人之间将可以实现合作与协作，通过通信和协调来完成更复杂的任务。

4.轻量化与迷你化：随着轻量化和迷你化技术的发展，六足机器人将会更加紧凑和便携，适用于更多场景和环境。

标准d-h参数法建立六关节臂型机器人的连杆坐标系
标准D-H参数法是一种常用的方法，用于建立机器人的运动
学模型。

在六关节臂型机器人中，每个关节都有一个连杆坐标系。

以下是使用标准D-H参数法建立六关节臂型机器人连杆坐标
系的步骤：
1. 给每个关节定义一个坐标系，通常选择右手坐标系规定方向。

其中，基座（base）使用基座坐标系（坐标系0），末端执行
器（end effector）使用末端坐标系（坐标系N）。

2. 选择一个参考位置，并为每个关节选择一个坐标系原点，通常选取连接轴线的交点作为原点。

3. 根据机器人的结构和运动特点，确定关节坐标系的方向，规定z轴为关节轴线的方向，x轴为连接前一关节与当前关节的
交线的方向。

4. 使用三个转换矩阵描述每个关节的位姿变换，即由前一个关节坐标系到当前关节坐标系的变换关系。

5. 使用DH参数（a, alpha, d, theta）描述每个关节坐标系之间
的相对位移，其中a和alpha表示连接前一关节与当前关节坐
标系原点的距离和连接线与x轴之间的夹角；d表示连接前一
关节与当前关节坐标系原点在z轴方向上的位移；theta表示
连接前一关节与当前关节坐标系原点在z轴方向上的旋转角度。

6. 根据DH参数，建立每两个关节坐标系之间的变换矩阵，乘积即为整个机器人的运动学变换矩阵。

值得注意的是，标准D-H参数法只能用于建立运动学模型，
不考虑机器人的物理约束和动力学特性。

如果需要进行动力学分析和控制，还需要考虑惯性、摩擦等因素，使用更为复杂的方法。

0引言现阶段，我国在进一步升级制造业，以工业机器人为代表的智能设备被广泛应用在自动化生产线上。

与此同时，生产实践中对机器人的应用也提出了更多要求，比如，希望进一步优化结构设计，扩大机器人的运动边界，即增大工作空间。

机器人的工作空间是指其运行时的位姿点的空间集合[1]。

机器人比较典型的一种工况是搬运码垛。

机器人在完成搬运等相关工作时，可能会因为机器人末端执行器不能到达相关的工作范围而导致不能完成任务，即工作空间小于任务空间。

因此研究机器人工作空间的大小和形状就很有必要，这也有利于后续任务空间的确定和实现结构上的优化设计和创新。

1机器人工作空间的位置向量分析1.1机器人运动模型建立本文基于深圳某公司研发的“哨兵”六轴关节型机器人进行研究，具体如图1。

该机器人主要用于物料搬运和码垛等。

在机器人前期结构设计时需要对该机器人进行工作空间的仿真，检验搬运码垛时的目标物体是否在机器人的工作空间范围内，从而能完成相关的任务。

与此同时，还需分析工作空间与机器人结构上的对应关系，为后续扩大机器人的任务范围提供科学依据。

D-H 参数法中，主要是四个参数，即连杆长度a ，扭角α，偏距d ，关节角θ[2]。

各参数的定义见表1。

依据D-H 参数法，在其上建立如图2所示的坐标系。

经过分析，得出该机械手的标准D-H 参数表，见表2。

根据所建立的连杆坐标系与参数D-H ，令λi =cos αi ，μi =sin αi ，得出相邻两坐标系的运动学方程，见式（1）。

（1）六轴工业机器人的工作空间分析李雨健①;方坤礼①;周惠明②（①衢州职业技术学院机电工程学院，衢州324000；②浙江航于电梯有限公司，衢州324000）摘要:本文针对“哨兵”六轴关节型机器人,依据正运动学模型,得出机器人的工作空间的位置向量P ,并利用MATLAB 中的机器人工具箱进行位置向量P 的计算。

利用蒙特卡洛法,分析该机器人的工作空间,但该法无法清晰地绘制出机器人工作空间的边界,故又进一步采用极限定步距角法绘制出机器人工作空间的边界,最后将两种方法结合,即可得出包含边界的机器人工作空间,从而用于任务空间的确定。

湖南科技大学毕业设计（论文）题目六自由度工业机器人结构设计作者学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学号指导教师二〇一六年五月二十日湖南科技大学毕业设计（论文）任务书机电工程学院院机械设计制造及其自动化系（教研室）系（教研室）主任:（签名）年月日学生姓名:学号:专业:机械设计制造及其自动化1设计（论文）题目及专题：六自由度工业机器人结构设计2学生设计（论文）时间：自2015年3月1日开始至2015年5月29日止3设计（论文）所用资源和参考资料：《工业机器人》、《机器人学》、《机器人运动学基础》、《Solidworks2013从入门到精通》4设计（论文）应完成的主要内容：（1）介绍工业机器人的发展现状及前景；（2）工业机器人工作空间计算和简单的运动学分析；（3）工业机器人结构设计及关键零部件计算；（4）对关键零部件进行强度校核。

5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）相关的计算、设计框图及仿真图；（2）论文不少于35页；（3）说明书中必须有与设计（论文）内容或专业相关的不少于1500字的外文资料翻译。

6发题时间：2015年3月1日指导教师：学生：湖南科技大学毕业设计（论文）指导人评语[主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价]指导人：（签名）年月日指导人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）评阅人评语[主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价]评阅人：（签名）年月日评阅人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）答辩记录日期：学生：学号：班级：题目：提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1设计（论文）说明书共页2设计（论文）图纸共页3指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：[主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价]答辩委员会主任：（签名）委员：（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩：总评成绩：摘要六自由度工业机器人是一种高精度的自动化机械，具有高度的灵活性以及平稳性。

六轴机器人分类标准
六轴机器人有多种分类标准，其中一种主要标准是按负载能力和应用领域来划分：
1. 工业级六轴机器人：主要应用于生产线，满足自动化生产的需求。

根据负载能力，可以分为轻型、中型和重型。

轻型负载能力小于10千克，适用于
小型零部件的加工和装配、半自动化生产线等场景；中型负载能力在10千
克至50千克之间，适用于汽车零部件、机械零部件等大批量制造的自动化
生产线；重型负载能力在50千克至500千克之间，适用于钢铁和船舶等重型制造业自动化生产线。

2. 服务级六轴机器人：主要用于服务领域，例如医疗、餐饮、照顾老年人、保安巡逻等场景。

相比于工业机器人，服务机器人更加注重外观与人性化交互设计，外形重量更加小巧灵活，功率更低。

此外，还可以根据搬运重量将六轴关节机器人分为微型机械手、小型机械手、中型机械手和大型机械手等。

如需了解更多关于六轴机器人的分类标准，建议咨询机器人领域专业人士或查阅相关文献资料。

六自由度外骨骼式上肢康复机器人设计一、概述随着现代医疗技术的不断进步，康复机器人已成为辅助患者恢复肢体功能的重要工具。

六自由度外骨骼式上肢康复机器人作为一种先进的康复设备，旨在通过模拟人体上肢运动，帮助患者实现精准、高效的康复训练。

本文将对六自由度外骨骼式上肢康复机器人的设计进行详细介绍，包括其结构组成、工作原理、控制策略以及临床应用等方面的内容。

六自由度外骨骼式上肢康复机器人是一种可穿戴式的康复设备，能够紧密贴合患者上肢，通过精确控制各关节的运动，实现上肢的全方位康复训练。

该机器人具有六个自由度，可模拟人体上肢的各种复杂运动，为患者提供个性化的康复训练方案。

机器人还配备了智能传感系统，能够实时监测患者的运动状态，为医生提供精准的康复数据，从而优化康复治疗方案。

在结构组成方面，六自由度外骨骼式上肢康复机器人主要包括机械臂、驱动系统、传感系统以及控制系统等部分。

机械臂采用轻质材料制成，具有良好的穿戴舒适性和运动灵活性；驱动系统采用高精度电机，可实现精确、快速的运动控制；传感系统包括多个角度传感器和力传感器，能够实时监测机械臂和患者上肢的运动状态和交互力；控制系统则负责整合传感数据，实现机器人的运动规划和控制。

六自由度外骨骼式上肢康复机器人作为一种先进的康复设备，具有广泛的应用前景和市场需求。

本文旨在通过对该机器人设计的详细介绍，为相关领域的研究人员和技术人员提供参考和借鉴，推动康复机器人技术的不断发展和创新。

1. 上肢康复机器人的研究背景与意义随着人口老龄化的加剧以及各类事故、疾病对人们身体健康的威胁日益显著，上肢功能障碍患者数量呈现出逐年上升的趋势。

这些障碍往往由中风、外伤、神经系统疾病等多种原因引起，严重影响了患者的日常生活和工作能力，给个人、家庭和社会带来了沉重的负担。

寻求一种高效、安全的上肢康复治疗方法显得尤为重要。

在此背景下，上肢康复机器人的研究与应用应运而生，成为了医疗康复领域的重要发展方向。