工业机器人的自由度含义以及其应用

人人小站/314design1 绪论1.1 工业机器人简介]1[早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。

1913年美国福特汽车工业公司安装了第一条汽车零件加工自动线，为了解决自动线、自动机的上下料与工件的传送，采用了专用机械手代替人工上下料及传送工件。

可见专用机械手就是作为自动机、自动线的附属装置出现的。

“工业机器人”这种自动化装置出现的比较晚。

但是自从世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。

机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。

本课题所指的工业机器人，或称机器人操作臂、机器人臂、机械手等。

从外形来看，它和人的手臂相似，是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成的开式链。

这些连杆就像人的骨架，分别类似于胸，上臂和下臂，工业机器人的关节相当于人的肩关节、肘关节和腕关节。

操作臂的前端装有末端执行器或相应的工具，也常称为手或手爪。

手爪是由两个或多个手指所组成，手指可以“开”与“合”，实现抓去动作和细微操作。

手臂的动作幅度一般较大，通常实现宏观操作。

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。

主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。

大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；圆柱坐标型工业机器人示意图控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。

由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。

在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。

工业机器人的基本参数和性能指标工业机器人的基本参数和性能指标表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。

(1)工作空间（Work space）工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。

工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。

理解机器人的工作空间时，要注意以下几点：1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行器端点所能达到的范围。

因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机器人实际所能达到的工作空间。

2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。

这是因为在可达空间中，手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。

此外，在机器人的最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题，此时的位姿称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度进化现象，这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。

3)除了在工作守闻边缘，实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。

空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。

而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。

(2)运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。

自由物体在空间自六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度）。

工业机器人往往是个开式连杆系，每个关节运动副只有一个自由度，因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数。

机器人的自由度数目越多，功能就越强。

日前工业机器人通常具有4—6个自由度。

当机器人的关节数（自由度）增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时，便出现了冗余自由度。

简述工业机器人自由度的定义
嘿，你知道工业机器人的自由度吗？这可真是个超级有趣的概念啊！就好像我们人类可以自由地伸展胳膊、转动脑袋、弯曲手指一样，工业机器人也有它自己的“活动自由”呢！
自由度啊，简单来说，就是工业机器人能够独立运动的方式和方向的数量。

这不就像我们身体的关节一样吗？我们的胳膊有肩关节、肘关节、腕关节，每个关节都能让胳膊在不同方向上活动，机器人也是如此呀！
你想想看，如果一个机器人只有一个自由度，那它能做的事情得多有限啊！可能就只能做非常简单、单一的动作，那多没意思呀！但如果它有很多个自由度呢，哇，那它就能像个灵活的小猴子一样，做出各种各样复杂又精彩的动作啦！
比如说，在汽车生产线上，那些机器人得能够精确地抓取零件、焊接、安装，这可都需要足够的自由度来实现啊！如果自由度不够，怎么能高质量地完成这些工作呢？这就好像让你用一只手去系鞋带，那得多困难呀，对吧？
再比如在一些精细的电子产品生产中，机器人得非常精准地进行操作，这也得靠足够的自由度来保障呀！就如同我们写字，手指得能灵活地弯曲、伸展，才能写出漂亮的字来。

而且啊，不同类型的工业机器人，它们的自由度也各不相同哦！有些可能只有几个自由度，而有些高端的机器人可能有十几个甚至更多的自由度呢！这就好比不同的运动员，有的擅长短跑，有的擅长长跑，各自有着自己独特的能力和优势。

总之，工业机器人的自由度真的是非常重要啊！它决定了机器人能做什么、做得好不好。

没有足够的自由度，机器人就没办法在各种复杂的工业环境中大展身手啦！所以说，一定要重视这个神奇的自由度呀！。

工业机器人课程作业报告院（系）名称：机电工程学院作业题目：三自由度圆柱坐标工业机器人班级：姓名：学号：目录1.作业要求 (3)1.1作业目的 (3)1.2作业数据 (3)1.3运动功能图符号(本次作业圆柱坐标型) (3)2.总体设计 (4)2.1组成和关系 (4)2.2设计分析 (4)3.机械系统的设计 (5)3.1末端执行机构设计 (5)3.2手臂机构的设计 (6)3.3机座机构的设计 (7)4.附件 (8)4.1总装图 (8)1.作业要求1.1作业目的1：综合运用所学只是，搜集有关资料，独立完成三自由度圆柱坐标工业机器人操作机和驱动但愿的设计工作。

如驱动元、传动机构、腰身、手臂、手腕、手抓、关节、抓钳尺寸、开合力大小等，至少设计两种以上方案。

(注意：此处无需考虑传感器，控制部分和力学计算)1.2作业数据1：自动线上A、B两条输送带之间距离为1.5米，需设计工业机器人将一个零件从A带送到B带。

2：零件尺寸：内孔Φ100、壁厚10、高100。

3：零件材料：45钢1.3运动功能图符号(本次作业圆柱坐标型)表1-1 运动功能图符号(GB/T12643-90)2.总体设计2.1组成和关系工业机器人在GB/T12643-90定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业”由执行系统、驱动系统、控制检测系统及检测系统组成。

a)机械系统：是执行完成抓取工件，实现抓取动作的必需的机构。

内容保函如下：手部(末端执行器)：直接抓取工件或夹具机构。

臂部：支承腕部的机构，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。

腕部：连接手部和臂部的机构，作用为调整及改变手部的动作。

机座：是机器人的基础部件支承手臂的部件，并承受相应的载荷，作用是带动臂部转动、升降动作。

b)驱动系统：为执行系统提供动力。

常用传动方式有机械传动、液压传动、气压传动和电传动。

c)控制系统：控制驱动系统，使执行系统按照产品的要求以及抓取的工件要求进行相应的动作，当发生系统错误或执行故障时发出提示报警信号。

工业机器人测试题含答案一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、( ) 示教器——再现型机器人属于第一代机器人A、正确B、错误正确答案：A2、( ) 根据用户数据进行调试或信号控制的电缆也被成为电力电缆。

A、正确B、错误正确答案：B3、断路器为电控柜内辅助电源开关。

( )A、正确B、错误正确答案：A4、传送同步运行时,可指定传送带的移动方向为工件坐标系的轴的方向。

( )A、正确B、错误正确答案：A5、用传感器采集环境信息是机器人智能化的第一步。

A、正确B、错误正确答案：A6、( ) tool 是指代表的意思是工具。

A、正确B、错误正确答案：A7、步进电机: 易于控制,机械特性较好,但电刷易磨损且易形成火花。

( )A、正确B、错误正确答案：B8、( ) 磁力吸盘能够吸住所有金属材料制成的工件A、正确正确答案：B9、用示教器控制机器人伺服电机旋转及控制工具操作的电缆称作信号电缆.A、正确B、错误正确答案：A10、机器人机座可分为固定式和履带式两种。

A、正确B、错误正确答案：B11、( ) 机器人的自由度是根据其用途而设计的,可少于六个自由度,也可多于六个自由度。

A、正确B、错误正确答案：A12、电控柜内电路接线配线应符合的要求:电控柜内的导线不应有接头,导线芯线应无破损伤。

( )(A96)A、正确B、错误正确答案：A13、( ) 更换了 smb 电池情况下, 需要进行“更新转数计数器”操作。

A、正确B、错误正确答案：A14、( ) 和人长的很像的机器才能称为机器人。

A、正确B、错误正确答案：B15、( ) 机器人控制理论可以照搬经典控制理论与现代控制理论使用。

A、正确B、错误正确答案：B16、在 AML 语言中; MOVE 命令是相对值, DMOVE 命令是绝对值。

B、错误正确答案：B17、工业机器人控制软件可以用任何语言来编制。

A、正确B、错误正确答案：B18、把交流电变换成直流电的过程, 称为逆变换。

四自由度机器人典型四自由度机器人概述系统的所有特点，既具有操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，又具有速度快、精度高、柔性好等特点。

固高科技的GRB系列工业机器人是专门为大中专院校和职业高等技校机电一体化、制造自动化和自动控制等相关专业提供的一个完全开放、创新性实验平台，它适合机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计与理论、数控技术、机器人学、自动控制等相关机电控制类基础实验课程教学。

固高科技的GRB系列工业机器人种类涵盖了两自由度平面机械手（RR）、三自由度机械手(RRR或RRP)和四自由度直角坐标机械手（PPPR）和SCARA机器人(RRPR)等多个产品型号。

除进行教学和培训外，GRB系列工业机器人还可用于细小工件的搬运，电子元件的装配和点胶等工业作业。

工业化设计与制造z旋转关节采用交流伺服电机驱动，谐波减速器传动；z平移关节采用交流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动；z各部件按照工业标准设计和制造。

开放式控制实验平台z基于PC和DSP运动控制器的开放式硬件平台；z通用智能运动控制开发平台，采用C++面向对象的设计方法；z TCP/IP协议远程网络编程、仿真、控制功能；z配备集成语言编程系统和图形示教软件，便于机器人的编程操作和应用培训；z配套内容详尽的使用手册和实验指导书，通过实例演示，引导用户学习如何基于运动控制器开发各种应用软件系统基础实验内容z机器人机械、电气、控制、软件结构的认知；z机器人操作实习；z机器人运动学问题研究；z机器人动力学问题研究创新性和挑战性z机器人力矩控制方式研究；z基于智能控制平台开发各种应用软件系统；z利用平台提供的视觉接口，挑战视觉伺服系统的研究和开发；z挑战机器人远程监控和多机器人协调工作等研究项目软件界面（C++）视觉机器人 系统特点z 图像处理装置全部采用国外高端工业摄像头和图像采集卡；z 图像采集卡提供接口函数库，适用于各种开发环境；z 基于PC 和DSP 运动控制器的开放式硬件平台，提供接口库；z 配套内容详尽的使用手册和实验指导书，通过实例演示，引导用户学习如何基于运动控制器开发各种应用软件系统。

0.1 简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。

答：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置，通过可编程动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。

1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能。

2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变。

3.机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。

4.机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。

0.2工业机器人与数控机床有什么区别？答：1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链；2.工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均为直角坐标系统；3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。

4.机器人灵活性好，数控机床灵活性差。

0.5简述下面几个术语的含义：自有度、重复定位精度、工作围、工作速度、承载能力。

答：自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。

重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率，是重复同一位置的围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。

工作围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。

工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为手臂末端最大的合成速度（通常在技术参数中加以说明）。

承载能力是指机器人在工作围的任何位姿上所能承受的最大质量。

0.6什么叫冗余自由度机器人？答： 从运动学的观点看，完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。

0.7题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作围（画图时可以设L2=3cm ）。

1.1 点矢量v 为]00.3000.2000.10[T，相对参考系作如下齐次坐标变换：A=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--10000.9000.1000.0000.00.3000.0866.0500.00.11000.0500.0866.0 写出变换后点矢量v 的表达式，并说明是什么性质的变换，写出旋转算子Rot 及平移算子Trans 。

三自由度圆柱坐标型工业机器人设计学院：机电工程学院班级：姓名：学号：1.末端执行机构设计采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧，它的结构形式如图。

内撑连杆杠杆式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，即当液压缸1工作时，推动推杆2向下运动，使两钳爪3向外撑开，从而带动弹性爪4夹紧工件。

该种夹持器多用于内孔薄壁零件的夹持。

2.弹性爪的结构设计:这种结构是在手爪外侧用螺钉固定弹性片两端。

当弹性手工作时，由于夹紧过程具有弹性，就可避免易损零件被抓伤、变形和破损。

3.手臂机构的设计本设计中手臂由滚珠丝杠驱动实现上下运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。

它的结构如下图。

选用轴向脚架型液压缸，活塞杆末端为外螺纹结构，手臂与末端执行器连同活塞杆一起转动。

4.腰部和基座设计1——支座，2——步进电机，3——谐波齿轮，4——转动机座5——支承槽钢梁，6——滚珠丝杠，7——导向柱，8——锥环无键联轴器通过安装在支座上的步进电机和谐波齿轮直接驱动转动壳体转动，从而实现机器人的旋转运动；通过安装在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠丝杠转动实现手臂的上下移动。

采用双导柱导向，防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。

支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省材料，它的结构如上图。

5.驱动方式的选择由上表知步进电机应用于驱动工业机器人有着许多无可替代的优点，如控制性能好，可精确定位，体积较小可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手等，所以本设计采用它来实现机器人的旋转和上下移动。

选电机为BF反应式步进电机，型号为：90BF001。

由上表知,液压驱动方式反应灵敏,可实现连续轨迹控制,液体压力高，可获得较大的输出力,因此机器人的伸缩运动采用液压驱动方式来实现,从而使机器人容易找准工件。

它的型号为Y-HG1-C50/28×100LJ1HL1Q，它的主要技术参数如下表6.工业机器人的计算机控制系统概述工业机器人具有多个自由度，每个自由度一般包括一个伺服机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。

工业机器人的技术指标和应用工业机器人是一种能够自动执行各种任务的机器人系统，它主要应用于生产线上的各个环节。

工业机器人的技术指标和应用十分丰富多样，下面将对其进行详细介绍。

一、技术指标1. 负载能力：工业机器人的负载能力是指机器人能够承受的最大重量。

根据不同的应用需求，工业机器人的负载能力有所不同，一般可分为轻型、中型和重型三个等级。

2. 动作自由度：工业机器人的动作自由度是指机器人能够自由运动的维度数量。

通常情况下，工业机器人的动作自由度为6个，即可在三维空间内进行平移和旋转运动。

3. 重复定位精度：工业机器人的重复定位精度是指机器人在重复执行同一任务时，所能达到的精确度。

该指标对于生产线上的装配任务尤为重要，一般要求在毫米级别的精度范围内。

4. 控制系统：工业机器人的控制系统是指机器人的核心控制单元，用于控制机器人的运动和执行任务。

常见的控制系统有基于PC的控制系统和专用控制器，它们具有高度的实时性和可编程性。

5. 传感器技术：工业机器人常配备各种传感器，用于感知环境和与外部物体进行交互。

常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、激光传感器等，它们能够使机器人更加智能化和灵活。

6. 安全技术：工业机器人的安全技术是保障生产线安全的重要手段。

包括紧急停止装置、防撞装置、安全光幕等，能够保护操作人员和机器人在工作过程中的安全。

二、应用领域1. 组装与装配：工业机器人在组装与装配领域有着广泛的应用。

通过精确的位置控制和高度灵活的操作能力，机器人可以完成各种零部件的组装和装配工作，提高生产效率和质量。

2. 上下料：工业机器人在上下料领域也有着重要的应用。

机器人可以通过视觉传感器和力传感器等技术，实现对物料的精确定位和抓取，实现自动化的上下料操作，提高生产线的效率和稳定性。

3. 焊接与切割：工业机器人在焊接与切割领域能够发挥独特的优势。

机器人具备高度的精确度和稳定性，可以实现复杂曲线的焊接和切割操作，提高生产线的自动化水平和生产质量。

工业机器人自由度名词解释介绍工业机器人是现代工业生产中的重要组成部分，它们能够执行各种复杂的任务，如装配、焊接、搬运等。

在设计和研发工业机器人时，一个非常重要的概念就是机器人的自由度。

机器人的自由度决定了它能够执行的运动范围和灵活性。

在本文中，我们将详细解释工业机器人自由度的概念，并探讨其在机器人控制、运动规划和应用领域中的重要性。

什么是自由度？自由度定义了物体在空间中能够运动的独立方式或方向的数量。

对于工业机器人而言，自由度描述了它在平面或三维空间中能够执行的运动方式。

简单地说，自由度就是机器人能够独立控制的关节数量。

在任何给定的时刻，机器人的每个关节都有一个角度或位置，这些角度或位置可以组合成机器人的配置。

自由度的分类工业机器人的自由度可以根据其关节类型和个数进行分类。

下面是几种常见的工业机器人自由度分类：1. 2自由度（2DOF）2自由度（2 Degrees of Freedom，简称2DOF）的机器人可以沿一个平面进行平移和旋转运动。

这种类型的机器人通常由两个旋转关节组成，可以进行简单的平面操作，如画弧线。

2. 3自由度（3DOF）3自由度（3 Degrees of Freedom，简称3DOF）的机器人可以在三维空间中进行平移和旋转运动。

这种类型的机器人通常由一个旋转关节和两个平移关节组成，可以执行更加复杂的任务，如拾取和放置物体。

3. 6自由度（6DOF）6自由度（6 Degrees of Freedom，简称6DOF）的机器人是工业机器人中最常见的类型。

它们通常由6个旋转关节组成，可以在三维空间中自由地进行平移和旋转运动。

6DOF机器人可以执行更加复杂的任务，如装配、焊接和搬运。

自由度对机器人的影响机器人的自由度对其运动能力、控制复杂性和工作范围等方面都有重要的影响。

以下是自由度对机器人的影响：1. 运动能力机器人的自由度决定了它在空间中的运动能力。

自由度越高，机器人能够实现的运动方式就越多样化和灵活。

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。

摘要在当今轮毂制造业中，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。

本文设计和研究了一个六自由度的工业机器人，用于生产线的进送料和装配。

首先，本文对生产线布局进行改造设计，提高生产的工作效率，然后，根据设计要求设计了机器人的整体方案和具体的机械结构，选择了合适的传动方式、驱动方式，设计了机器人的底座、大臂、小臂和手部的结构；并且对机器人的传动结构进行设计，机器人为六自由度关节型机器人，全部采用转动关节，关节处采用电机，减速机，齿轮传动机构，蜗轮蜗杆传动机构来实现各个自由度，从而实现所需的运动。

在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，采用PC+DSP运动控制卡的控制方式，确定了控制系统的总体方案，设计了PCI 总线接口电路和DSP。

关键词: 六自由度工业机器人；生产线；结构设计；控制系统；各位如果需要此设计的全套内容（包括二维图纸、中英文翻译、完整版论文、程序、答辩PPT）可加解。

AbstractIn 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 playback way.In this paper ,I will design an industrial robot with six DOFs.First, I will transform line layout and design the structure of the baseto improve the work efficiency of production ,and then, according to the design requirements ,I design the robot mechanical structure of the overall plan and specific ,and chose the right means of transmission and drive mode,Then ,I design the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot,and I design the transmission structure, This robot is a 6-DOF joint robot,These joints are all rotary joints, joints used motor, reducer, gear transmission, worm gear and worm drive mechanism to realize various degrees of freedom, so as to achieve the required movement.On this basis, this paper will design the control system of the robot, which controlled by PC and DSP motion control card, and determine the overall scheme of the control system, design DSP and PCI bus interface circuit .Keywords: 6-DOF industrial robot, line layout , structure design, the control system目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................. I I 第1章绪论 . (5)1.1 课题背景及研究的目的和意义 (5)1.2国内外在该方向的研究现状及分析 (6)1.3 本文的主要研究内容 (9)第2章生产线布局及总体方案的确定 (9)2.1 生产线布局方案 (9)2.1.1机械手 (10)2.1.2 工作流程 (10)2.1.3方案预期达到的目标 (11)2.2总体方案的设计 (11)2.2.1机构的选型 (11)2.2.2驱动方式的选择 (12)2.2.3 传动方案的选择 (13)2.2.4 总体结构方案设计 (14)2.2.5控制方案的设计 (17)2.2.6技术参数列表 (17)2.3 本章小结 (18)第3章结构的设计 (19)3.1 引言 (19)3.2 电机力矩的计算以及驱动电机的选择 (19)3.3减速器的设计 (21)3.4 腰部的设计 (21)3.5 手臂的设计 (22)3.5.1手臂的设计基本要求 (22)3.5.2大臂和小臂 (22)3.5.3连杆 (24)3.6手腕部的设计 (24)3.7末端执行器的设计 (24)3.8本章小结 (26)第4章传动系统的设计及校核 (26)4.1腰部蜗轮蜗杆设计及校核 (26)4.2 腕部传动系统设计及校核 (27)4.2.1传动方案 (27)4.2.2齿轮的设计及校核 (27)4.2.2.1齿轮组设计 (27)4.2.2.2 直齿圆锥齿轮的设计 (27)4.2.3 轴的设计 (27)4.3 本章小结 (29)第5章控制系统设计 (29)5.1 引言 (29)5.2 控制系统的设计 (29)5.2.1 控制系统的类型选择 (29)5.2.2 控制系统的硬件电路 (30)5.3 PCI的接口设计 (30)5.4 DSP的设计 (31)5.4.1 DSP概述 (31)5.4.2 DSP硬件电路 (31)5.4.3 DSP软件 (32)5.5本章小结 (32)结论 (32)参考文献 (34)致谢 (35)第1章绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义轮毂制造业属于劳动密集型的行业，除了繁重的体力工作外，几乎每个工序都存在着对人体有害的污染源和潜在的工伤事故:热加工工序烫灼伤的危险，大量易燃易爆燃料及消耗材料时时刻刻威胁着操作手的安全;铝液除气除渣产生的有毒烟尘，机加工冷却液的有害蒸汽，以及涂装工序液体漆、粉漆、前处理药液等等都会严重影响工人的健康;无处不在的轰鸣及刺耳的噪音会使你情绪坏到极点。

机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等情况，是设计、应用机器人必须考虑的问题。

机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、工作载荷等。

1、自由度.是指机器人具有的独立运动的坐标轴数量。

.机器人的自由度是指确定机器人手部在空间的位置和姿态时所需要的独立运动参数的数量。

机器人的自由度数一般等于关节数量。

.常见机器人自由度数一般有5～6个。

有些机器人还附带有外部轴。

2、关节（Joint）即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。

3、工作范围工业机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间范围。

其形状取决于机器人的自由度数和各运动关节的类型与配置。

机器人的工作范围一般有：图解法和解析法这两种方法表示。

4、速度机器人在工作过程中带载荷条件下、匀速运动过程时，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。

5、工作负载是指机器人手腕前端安装负荷在工作范围内任何位置上所能承受的最大重量，一般用质量、力矩、惯性矩表示。

还和运行速度和加速度大小等参数有关，工作负载一般用高速运行时机器人所能抓取的工件重量作为负载承受能力为指标。

搬运机器人的负荷重量，必须考虑抓手和工件的合计。

6、分辨率是指机器人能够实现的最小移动距离或最小转动角度。

7、精度重复性或重复定位精度：指机器人重复到达某一目标位置的差异性。

比如你要求一个轴走100 mm 结果第一次实际上他走了100.01 重复一次同样的动作他走了99.99 这之间的误差0.02 就是重复定位精度。

它是衡量一列误差值的集中程度，即重复度。

机器人精度机不单取决与关节减速机及传动装置，且对机械装配工艺存在很大关系，很多由于装配不到位导致机器人重复定位精度下降。

工业机器人自由度的定义
《工业机器人自由度到底是啥玩意儿》
嘿，大家知道不，工业机器人啊，有个特别重要的概念叫自由度。

那啥是自由度呢？咱今儿个就好好唠唠。

就说我之前去参观一个工厂吧，那里面就有好多工业机器人在那忙活着呢。

我就盯着一个机器人看啊，它那胳膊能上下动，能左右摆，还能转圈，可灵活了呢！这就是自由度的一种体现呀。

你想啊，如果它只能直直地伸出去，不能拐弯啥的，那能干的事儿不就少多啦。

就好比咱人，胳膊能各种角度活动，这样才能拿东西、做事儿嘛。

机器人也是一样的道理呀，自由度越多，它能做的动作就越丰富，就越能完成各种复杂的任务。

就像那个机器人，它因为有了比较多的自由度，就能精确地把零件从这边拿到那边，还能按照要求组装起来。

所以啊，工业机器人的自由度就是决定它能干多少事儿、能干多好的关键呢。

没有足够的自由度，它可就没法那么厉害啦！哎呀，说了这么多，大家应该对工业机器人自由度有个更清楚的认识了吧。

以后再看到那些厉害的机器人干活，就知道自由度在里面起的大作用咯！
咋样，我这么一说，是不是挺容易懂的呀！哈哈！。

《工业机器人》复习资料《工业机器人》复习题一、名词释义1．驱动系统：发动机带动变速箱，经过变速后再经过传动轴，差速器，左右半轴传到轮胎，到达步行系统。

2自由度：指描述物体运动所需的独立坐标系。

3．磁致伸缩驱动：某些磁性体的外部一旦加上磁场则磁性体的外形尺寸会发生变化，利用由这种现象产生的驱动器称为磁致伸缩驱动器。

4.重复定位精度：工件的某个自由度（或多个自由度）近似受两个（或多个）约束点约束束，称为过定位。

也称为重复定位或超定位。

5.示教再现：一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人6.机器人正向运动学：当所有关节变量已知时，正向运动学可用于确定机器人末端手的位置姿。

7.机器人逆运动学：为了使机器人的末端手放在一个特定的点上并具有特定的姿态，可以通过逆运动学计算出每个关节变量的值。

二、选择题1.机器人语言是由\和\组成的字符串机器代码，由（a）表示。

二进制B十进制C八进制D十六进制2。

机器人的英文单词是（c）a、botreb、boretc、robotd、rebot3、机器人能力的评价标准不包括：（c）a智能b机能c动能d物理能4、下列那种机器人不是军用机器人。

（c）A“红隼”无人机B美国“大狗”机器人C索尼的爱宝机器人狗D“土拨鼠”5。

人类控制机器人还不包括什么？（d） A输入B输出C程序d反应6。

FMC是（d）的缩写。

a、加工中心b．计算机控制系统c．永磁式伺服系统d．柔性制造单元。

7.由数控机床和其他自动化工艺设备组成的（b）系统，可以按任意顺序加工一组不同工艺、不同节拍的工件，并能及时自由调度和管理。

a、刚性制造系统B.柔性制造系统C.柔性制造系统D.柔性制造系统8、工业机器人的额定负载是指在规定范围内（a）所能承受的最大负载允许值a．手腕机械接口处b．手臂c、末端执行器D.底座9、工业机器人运动自由度数，一般（c）a、小于2 b.小于3 C.小于6 D.大于6分析：手腕通常有2~3个旋转自由度10。

简述工业机器人的自由度工业机器人是一种能够自动执行各种工业任务的机器人，它们通常被用于制造业中的生产线上。

工业机器人的自由度是指机器人能够在三维空间中自由移动的能力，也就是机器人的运动自由度。

机器人的自由度越高，它们就能够执行更加复杂的任务。

工业机器人的自由度通常是通过它们的关节数来确定的。

关节是机器人的运动部件，它们通过电机或液压系统来控制。

机器人的关节数越多，它们的自由度就越高。

例如，一个具有三个旋转关节和三个平移关节的机器人就有六个自由度。

机器人的自由度对于它们的应用非常重要。

例如，在汽车制造业中，机器人需要能够在三维空间中自由移动，以便能够在汽车的各个部位上进行焊接、喷漆等操作。

如果机器人的自由度不够高，它们就无法完成这些任务。

除了关节数之外，机器人的自由度还受到其他因素的影响。

例如，机器人的工作空间大小、机器人的末端执行器（例如夹具或工具）的形状和大小等都会影响机器人的自由度。

因此，在选择机器人时，需要考虑这些因素，以确保机器人能够满足特定的应用需求。

在工业机器人的设计和制造中，自由度是一个非常重要的考虑因素。

机器人的自由度越高，它们就能够执行更加复杂的任务，从而提高生产效率和质量。

因此，工业机器人制造商通常会不断地研究和开发新的机器人技术，以提高机器人的自由度和性能。

工业机器人的自由度是机器人能够在三维空间中自由移动的能力，它们的自由度越高，机器人就能够执行更加复杂的任务。

机器人的自由度受到多种因素的影响，包括关节数、工作空间大小、末端执行器的形状和大小等。

在选择机器人时，需要考虑这些因素，以确保机器人能够满足特定的应用需求。

六自由度工业机器人的建模与仿真研究共3篇六自由度工业机器人的建模与仿真研究1六自由度工业机器人的建模与仿真研究随着工业自动化的不断发展，工业机器人已经成为工厂中不可或缺的重要设备之一。

其中，六自由度工业机器人因其具有灵活性强、运动范围广等优点而得到广泛应用。

因此，对于六自由度工业机器人的建模和仿真研究具有非常重要的意义。

一、六自由度工业机器人的概述六自由度工业机器人是指具有6个自由度的工业机器人，通常由机身、驱动器和控制器组成。

其中，机身由臂、手和手腕组成，可根据任务需求进行操作或载物。

驱动器是机身各部分的驱动器件，常用的驱动器有电机、气缸等。

控制器是控制机器人的核心部分，可完成运动的规划、控制和反馈等。

二、六自由度工业机器人的建模六自由度工业机器人的建模是建立机器人的数学模型，目的是为了分析机器人的运动规律和控制过程，同时也是设计自动控制器的重要基础。

1. 正向运动学模型正向运动学模型是指将机器人的变量作为输入，根据手臂各段的长度和角度、各关节的偏转角度等信息，计算机器人的末端位置、姿态等信息的模型。

这个模型对机器人的分析非常重要，因为它可以方便地解决机器人的直观显示、位置控制等问题。

在建模时，需要对机器人进行分段处理，每一段均要计算其末端的位置和姿态信息，并将其传递到下一段中。

2. 逆向运动学模型逆向运动学模型是指将机器人所需的输出信息作为输入，根据末端位置、姿态等信息，反推出机器人各关节需要转动的角度等信息的模型。

这个模型对机器人的姿态调节、轨迹规划等问题非常重要。

3. 动力学模型动力学模型是指对机器人的力学特性进行建模，为机器人的运动规划和控制提供必要的参考和依据。

在建模时，需要考虑力、转矩、惯性等因素，并通过控制器控制机器人的动作。

三、六自由度工业机器人的仿真研究仿真是对机器人进行数字化模拟的过程。

通过仿真，可以在事先构建好的环境中，对机器人进行各种测试和优化，进而提高其运动精度、速度和稳定性等。