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（需微要信 swan165本科毕业设计说明书学校代码： 10128 企鹅号： 1663714557 题 目：六自由度伸缩式并联机床结构设计 学生姓名： 学 院：机械学院 系 别：机械系 专 业：机械电子工程 班 级：机电10-4班 指导教师：讲师摘红字要并联系联机微床信，也可叫获取做整套并联结构机床(Parallel Structured Machine Tools)、虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tools)，曾经被称为六条腿机床、六足虫(Hexapods)。
并联机床是近年来国内外机床研究的方向，它具有多自由度、刚度高、精度高、传动链短、制造成本低等优点。
但其也不足之处，其中位置正解复杂就是关键的一条。
6-THRT伸缩式并联机床是Stewart 机床的一种变形结构形式，它主要构成是运动和静止的两个平台上的6个关节点分别分布在同一个平面上，且构成的形状相似。
并联机床是一种气动机械，集气（液），在一个典型的机电一体化设备的控制技术，它是很容易实现“六轴联动”，在第二十一世纪将成为主要的高速数控加工设备。
本次毕业设计题目结合本院实验室现有的六自由度并联机床机构进行设计，使其能根据工艺要求进行加工。
提高学生的工程素质、创新能力、综合实践及应用能力。
此次毕业设计的主要内容是对并联机床结构设计，其内容主要包括机器人结构设计总体方案的确定，机器人机构设计的相关计算，以及滚珠丝杠螺母副、步进电机、滚动轴承、联轴器等主要零部件的计算选用，并利用CAXA软件绘制各相关零部件的零件图和总装配图，以期达到能直观看出并联机床实体机构的效果。
关键词：并联机床；步进电动机；空间变换矩阵；滚珠丝杠螺母副AbstractPMT (Parallel Machine Tools), also known as the parallel structure machine (Parallel Structured Machine Tools), Virtual Axis Machine Tool, has also been known as the six-legged machine, six-legged insects (Hexapods).Parallel machine is in recent years the domestic machine tool research hot spot, it has multiple degrees of freedom, high rigidity, high precision, short transmission chain, with low manufacturing cost.But its shortcomings, in which the forward solution of position of a complex is the key. 6-THRT telescopic type parallel machine tool is Stewart machine tools, a deformable structure form, it is the main characteristics of dynamic, static platform on the 6joints are respectively distributed on the same plane, and form the shape similarity.Parallel machine is a mechanical, pneumatic (hydraulic), control technology in one of the typical electrical and mechanical integration equipment. Parallel machine is easy to achieve "six-axis", is expected to become the 21st century, the main high-speed light CNC machining equipment. The combination of hospital laboratory construction project, located six-DOF parallel machine tool sector, so that it can be processed according to process requirements. Improve their engineering quality, innovation, comprehensive practice and application of skills.The main topics for the design of parallel machine tool design, its content includes the determination of robot design, robot design and calculation, and the ball screw pair, stepping motor, bearings, couplings, limit switch, spindle ,and other major components using CAXA software to draw the relevant parts of the parts drawings, and assembly drawings to achieve the parallel machine tool can directly see the effect of physical bodies.Keywords: parallel machine；Six axis linkage；space transformation matrix；ball screw pair目录第一章绪论 (1)1.1 课题的研究背景 (1)1.2 课题研究的意义 (2)1.3 课题的研究内容步骤 (2)1.3.1并联机构介绍 (3)1.3.2并联机床设计类型的选定 (3)1.3.3 并联机床结构设计的相关计算 (4)1.3.4 各零部件与装配图的设计出图 (4)第二章并联机床部件设计与计算 (6)2.1 6-THRT 伸缩式并联机床位置逆解计算与分析 (6)2.1.1 6-THRT并联机器人机械结构简介 (7)2.1.2坐标系的建立 (7)2.1.3 初始条件的确立 (8)2.1.4 空间变换矩阵的求解 (9)2.1.5 新坐标及各轴滑块移动量的计算 (10)2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (12)2.2.1 最大工作载荷的计算 (12)2.2.2 最大动载荷的计算 (13)2.2.3 规格型号的初选 (13)2.2.4 传动效率的计算 (13)2.2.5 刚度的验算 (14)2.2.6 稳定性的校验 (15)2.3 滚动轴承的选用 (15)2.3.1 基本额定载荷 (15)2.3.2 滚动轴承的选择 (16)2.3.3 轴承的校核 (16)2.4 步进电动机的计算与选型 (17)2.4.1 步进电机转轴上总转动惯量的计算 (17)2.4.2 步进电机转轴上等效负载转矩的计算 (18)2.4.3 步进电动机尺寸 (21)2.5 联轴器的选用 (21)第三章并联机床的结构设计 (23)3.1 机床中的并联机构 (23)3.1.1概念设计 (23)3.1.2运动学设计 (23)3.2杆件的配置 (23)3.2.1 杆件设计 (24)3.2.2 伸缩套筒 (25)3.3铰链的设计（虎克铰） (25)3.4机床框架和床身的设计 (26)第四章并联机床的装配出图 (28)4.1 Pro/E软件的概述 (28)4.2 Pro/E的功能 (28)4.3 CAXA电子图版简介 (28)4.4 二维图的绘制处理 (29)第五章并联机床面临的主要技术问题及前景 (30)5.1 引言 (30)5.2机床的关节运动精度问题 (30)5.3 并联机床的未来展望 (31)结论 (32)参考文献 (33)谢辞 (34)第一章绪论1.1 课题的研究背景为了改善生产环境的适应性，满足快速变化的市场需求，近年来制造设备和系统，全球机床制造业正在积极探索和开发新的功能，其中在机床结构技术上的突破性进展当属90年代中期问世的并联机床(Parallel Machine Tools)，又称虚(拟)轴机床(Virtual Axis Machine Tool)或并联运动学机器(Parallel Kinematics Machine)[12]。
盾构管片拼装机液压控制系统第38卷2007年11月工程机械4结束语本文所介绍的前移式叉车液压系统具有以下特点:(1)采用电磁比例阀实现货叉下降的无级调速.(2)采用电磁换向阀代替传统的手动换向阀,实现远程控制,液压组合阀和操纵手柄可以分离,方便整体布局.(3)采用基于CAN总线的液压控制系统,实现液压泵电机控制器和组合电磁阀控制器问的通信;通过液压泵电机控制器的精确控制,实现货叉上升,门架前移及门架后移等动作的无级调速.上述液压系统已在安徽叉车集团公司研发的前移式叉车上成功应用,并批量销售,用户反映良好.参考文献[1]章宏甲,黄谊.机床液压传动[M].jE京:机械工业出版社,1986.[2]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1996.通信地址:安徽省合肥市望江西路15号安徽叉车集团公司技术q~,b(230022)(收稿日期:2007—06—20)盾构管片;并装机液压控制系统米华东交通大学机电工程学院胡国良胡爱闽浙江大学流体传动及控制国家重点实验室龚国芳魏建华牛年3I摘要:盾构是一种专用于地下隧道开挖的技术密集型重大工程装备,管片拼装机是盾构的重要组{:3成部分,它主要负责将管片安装到刚开挖好的隧道表面,形成衬砌,使隧道一次成型.要实现对管片拼装F3I的准确定位,就必须采用电液比例控制技术.对实现管片拼装的6个自由度运动及一个抓持运动的液压j:j控制系统进行了详细分析,包括管片拼装机纵向,径向及周向液压控制系统以及姿态液压控制系统和抓{:3f持液压控制系统,同时对液压控制系统的关键元器件液压泵和电液比例多路阀的选型进行了分析.现场3}管片拼装测试表明该液压控制系统是合理可靠的,能完成管片的拼装工作.同时该液压控制系统设计时j:综合考虑了整个管片拼装的运动过程,不但能实现完全自动控制,而且能准确定位,可为不同类型盾构管￡3f片拼装的液压驱动控制提供参考.j:咕一竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹竹母关键词:盾构管片拼装机液压控制系统管片拼装机,又称举重臂,是盾构的重要组成部分.它是一种设置在盾尾部位,可以迅速把管片拼装成确定形式的起重机械.盾构顺利掘进完一环后,管片拼装机负责将预先制好的管片安装到刚开挖的隧道表面,形成衬砌,以此来支护新开挖的隧道表面[.管片拼装的质量将对地下水土的渗透和地表沉降直接产生影响.为了保证隧道的安全及洞壁强度,前后左右各个管片之间都要用螺栓固定起来,因此要求管片能够快速定位,若速度慢,则直接影响施工速度;同时又要求准确定位,否则连接螺栓就无法安装.基于此,要求操作人员能看到正在被安装的管片基金项目:国家863高技术研究发展计划(2003AA420120) 上的螺栓孔与已安装好的管片螺栓孔的相对位置,一边操作管片拼装机械手对正在安装的管片位置进行微调,使管片之间的螺栓孔能快速对位.一般来说,管片拼装均采用电液比例控制技术,这样可对管片运动进行准确有效的控制[31.国外先进盾构管片拼装机从管片输送车抓起管片,进行姿态调整,到输送到位,共由7个动作组成,可实现全自动准确控制.国内自行开发的中小型盾构的管片拼装机准确定位性较国外要稍差一些,而且有时不能完全实现6自由度运动,只能实现几个必要动作,这样就容易导致施工进度和掘进效率降低.另外,国内几个大型盾构施工单位从国外引进的一53—_工霍蓐辩ll.盾构机技术严格保密,很难深入了解掌握引进的管片拼装自动控制的核心技术.基于此,本文综合考虑了管片拼装的运动过程,采用电液比例控制技术对管片拼装的自动控制及准确定位进行详细分析,相关研究结果可为不同类型盾构管片拼装的液压驱动控制提供参考帮助.1盾构管片拼装机工作原理管片是一块预先浇铸好的混凝土环状砌块,在盾构的后部靠管片拼装机械手把它快速拼装起来,要完成管片的拼装,管片必须能有6个方向的运动: 纵向直线运动(沿隧道轴线),径向直线运动(隧道断面方向),圆周方向回转运动(绕隧道轴线),以及管片姿态调整的绕3个坐标的旋转运动.相应的管片拼装机有6个自由度,其示意图如图1所示,6个自由度的运动分别由电液比例控制模块通过液压马达和液压缸来实现.图1管片拼装机6自由度示意图据现场实际使用过程中得出的施工数据表明,当盾构所遇到的土质与盾构刀具设计工况相近时, 盾构能基本按照设计速度推进.在这种情况下,限制盾构推进速度的主要因素是后部的管片拼装速度. 因此,高效,高可靠性且操作方便的管片拼装机在盾构法施工中是最关键设备之一,尤其以管片拼装机液压控制系统最为重要.2盾构管片拼装机液压系统分析先进盾构管片拼装机的运动过程共由7个动作组成.包括纵向移动,沿掘进方向的直线运动;径向移动,沿盾体径向的运动;周向回转,沿盾体圆周方向的回转运动;管片头的回转,管片以盾体的任意径向射线为回转轴的回转运动;管片头的摆动,管片母--?——54---——线与盾体中心线平行度的调整;管片头的倾斜,以管片本身的中心母线为回转轴的回转运动;管片的抓持.上述管片拼装机的6个自由度运动及一个抓持运动均由液压控制系统来实现.2.1管片拼装机纵向移动液压系统管片拼装机纵向运动时运动范围大,行程为2000mm;位置精度要求高,要求能满足轴向定位的精度;运动惯量大,带负载后的总运动质量大于10000kg;运动空间大,全范围运动时,将占据盾体的全断面.根据纵向移动的要求,设计了如图2所示的纵向移动控制液压系统,其控制模块主要由平衡阀1, 安全阀2和电液比例多路阀3组成.该系统有如下特点:1.平衡闽2.安全闽3.电液比例多路阀图2纵向移动控制液压系统筒图(1)管片机的纵向运动控制采用带负载补偿型的电液比例多路阀,既可以满足大范围快速的移动要求,又可以兼顾轴向准确定位的要求.(2)双向运动均设计有安全保护阀,如图2中的平衡阀和安全阀,它们可以防止运动过程出现挂拉,卡死时,损坏设备.(3)保证双向运动的平稳性,系统采用回油背压的方案,来解决管片拼装机在启动运行和停止过程中产生的冲击,也为轴向的准确定位提供条件.2.2管片拼装机径向移动液压系统管片拼装机径向运动时运动范围较大,行程为1200mm;径向定位精度要求高;运动惯量大,带负载后的运动质量大于5000kg;运动空间大;存在大的负向负载,大约为50000hT;由于负载较大,相应的液压缸承受的转矩也较大,约为60000N?m,所第38卷2007年11月工程机械以,液压缸必须采用特殊的结构设计.根据上述要求,并结合具体工况,设计的管片拼装机单个液压缸径向移动液压系统如图3所示.1.安全阀2.电液比例多路阀3.平衡阀图3径向移动液压系统简图管片机的径向运动控制采用两个电液比例多路阀同时控制两个液压缸的伸缩动作,这样既可以满足大范围快速的移动要求,又可以兼顾径向准确定位的要求;另外,利用两个液压缸的差动控制(一伸一缩),实现管片的倾斜姿态控制.液压缸两腔设计有自锁式它控平衡阀3,具有双向液压锁和平衡阀的组合功能,可以用来解决负向负载问题和锁紧保持问题.2.3管片拼装机周向运动控制液压系统管片机周向运动控制采用安全冗余的设计原则,用两个电液比例多路阀共同完成控制任务,一旦某一个控制阀出故障,用另一个控制阀仍可将机构调整到安全的姿态,以便维修;在应急的情况下,使用一个控制阀也可完成管片拼装任务,但工作效率会低一些.管片周向运动控制液压系统简图如图4所示,电液比例多路阀出口压力油大部分进人马达平衡模块2,另外一小部分压力油则经过梭阀1自动选取A,B油口最高压力,然后通过三通减压阀3后去控制液压马达制动液压缸5.马达平衡制动模块在管片拼装机周向回转液压1.梭阀2.马达平衡控制模块3.减压阀4.光电码盘传感器5.制动液压缸6.马达图4周向运动控制液压系统简图系统中占有重要地位,本系统中选取的是Bucher公司的马达平衡控制专用模块.该马达平衡控制模块能有效地降低由于管片质量较大而引起的超越负载的影响.其性能完善,体积小,工作可靠,而且此控制模块集马达的平衡控制,防气蚀控制,制动控制,无泄漏保压控制和安全保护控制多项功能为一体,是理想的马达控制模块.系统中两个马达6均带机械制动,这样管片机回转的安全保护措施有:第1个马达机械制动,第2 个马达机械制动,无泄漏保压制动(平衡阀制动).在管片拼装机实际使用过程中,在一个马达上安装有光电码盘传感器4,用于周向定位,以便将管片准确安装到预定位置.2.4管片头抓持控制和姿态控制液压系统管片抓持控制和姿态控制液压系统主要完成管片头的抓持动作和管片头的回转,摆动及倾斜3个方向的姿态控制,其主要原理图如图5所示.在管片头抓紧过程中,系统对安全性要求高,因为只能在可靠抓紧后,方能启动后续的操作,但同时还要考虑到空载操作问题,这个矛盾可由电气控制系统的控制逻辑来实现;抓紧系统中有一个压力继电器4和一个行程开关7,均可提供抓持的状态信息.抓持动作存在负向负载,需考虑平衡问题,故在系统中选用了单向平衡阀3.为了以防压力过高,损坏管片和设备,系统加装了安全阀5.系统中液控单向阀6用来防止泄漏,保证管片在长时间内被可靠抓持.一55一●■■图■陶■■■■■■■●●●■曩_.|蓐耩参量辩1.Il|I1.压力补偿阀2.电液比例方向流量阀3.单向平衡阀4.压力继电器5.安全阀6.液控单向阀7.行程开关8.抓持用液压缸9.摆动用液压缸1O.回转用液压缸11.双向平衡阀图5管片抓持及姿态控制液压系统简图由于管片头回转用液压缸l0的行程较小,根据计算控制所需的流量很小,所以选用小流量的电液比例方向流量阀2作为控制元件,以此来满足姿态调整的精度要求.同时选用双向平衡阀l1来解决负向负载的平衡问题和防气蚀问题.系统中采用进口压力补偿阀l,以此来稳定流量,起负载敏感作用.管片头摆动控制液压系统与管片头回转液压系统相同,故在这里不再赘述.另外,管片倾斜姿态控制与管片径向移动控制共用一套控制系统,两个液压缸一伸一缩实现差动控制,达到调整管片倾斜姿态的目的.同时注意到,姿态调整是微量调节,其控制过程与移动定位相同.3液压系统主要元器件选型及分析3.1主驱动液压泵的选择及分析液压泵选择时首先应满足系统对流量,压力的要求.液压泵的输出流量应根据系统所需的最大流量及泄漏量来确定,通常为执行元件实际所需最大流量的1.1一1.3倍.而液压泵的工作压力应根据执行元件液压缸或马达的最高工作压力来确定.考虑到液压泵至执行元件管路中的压力损失,通常泵的额定压力为液压缸最高工作压力的1_3—1.5倍.与此同时,在选择液压泵时,还要兼顾温升和噪声等性能要求四.本系统中选择Rexroth公司的A10VODFLR型一56一轴向柱塞泵,实现压力,流量,功率复合控制.由于管片拼装机工作过程中管片泵始终处于运行状态,对噪声要求较高,这一点A10VO能较好地满足.而且该泵具有较好的吸入特性以及很宽的控制范围,较好地满足了系统的要求.图6为其变量控制形式油路图.也是管片拼装6个自由度和1个抓持动作的供油源.图6AIOVODFLR泵的变量机构系统中选择的A10VO变量泵去除了泵的恒流量特陛,主要是管片拼装机距离管片泵源较远,受安装空间的限制,电液比例多路阀中梭阀网络压力未反馈至变量泵,故实际上该泵为恒压,限功率变量泵.电液比例多路阀中的压力补偿器能实现压力补偿,而没有实现压力适应.因为管片安装过程为顺序动作,一般工作在小流量工况(特别是在姿态控制时).所以通常情况下,该泵表现出恒压特性.但为了适应不同大小的管片的拼装要求,系统的压力也可以调整.例如,在周向回转及纵向移动系统中可以通过主系统中的溢流阀调定系统压力;而在径向移动系统中,系统加上了安全阀,也可以设定系统压力.3.2电液比例多路阀的选型由于本系统执行器较多,为了能实现多缸顺序动作以及同时动作的要求,故选用了多路阀.同时考虑比例阀与变量泵组合压力流量能与负载所需相匹配,故选择了电液比例多路阀.HAWEPSV系列电液比例多路阀具有紧凑的结构,良好的环境适应能力.系统中选择PSV系列带负载压力补偿的电液比例多路阀较好地满足了盾构管片拼装机实际工况的要求,而且实际运行效果良好.多路换向阀一般由连接块,换向阀(可以有多第38卷200711月工程机械个)以及终端块组成.连接块与泵源和油箱连接,主要是为系统提供卸荷安全保护以及为定量泵系统提供低压卸荷等.终端块在多路阀的末端,连接整个阀组,为下组阀连接作好准备.图7为周向回转及纵向移动电液比例多路阀模块.该多路阀由三联换向阀组成,安全阀1可调定系统压力,减压阀2为换向阀提供控制油,压力补偿阀3作压力补偿用,使通过换向阀口的流量与输入信号成正比,而与负载无关.由梭阀4网络引出最高压力信号LS可作负载适应. 一一'一一一L』jlI门l_I1三::ll-cF一]i十一争lIllj●●●,I霪,:j:jI●;;=≈::5-'::=}::.:1.安全阀2.减压阀3.压力补偿阀4.梭阀图7电液比例多路阀工作原理图4地铁隧道施工现场测试一'J在管片拼装过程中,一环管片由6块管片组成,它们是3个标准块,2块临块和1块封顶块.其中, 封顶块可以有10个不同的位置,代表10种不同类型的管环,通过选择不同类型的管环就可以使成型后的隧道轴线与设计的隧道轴线相拟合.隧道成型后,管环之间及管环的管片之间都装有密封,用以防水.另外,管片之间及管环之间都由高强度的螺栓连接.图8为管片方位示意图.管片拼装机大致按照A,B,F,C,E和D的顺序将管片拼装成管片环.F图8管片环组成对一环管片拼装过程进行了试验,表1为管片拼装过程中,管片液压泵出口压力值.通过实测数据可知所选液压元件以及参数计算较合理.泵的最大表1管片泵出口压力MPa径向液压管片机管片机回方位管片提升缸伸出旋转初位A18.018.516.5l1.0—19.0B18.519.019.0l1.0—19.0F18.518.818.5l1.0—19.0C19.019.219.0l1.0—19.0E19.019_319.0l1.0～19.0D18_318.518.5l1.0～19.0工作压力约19MPa,出现在管片拼装机周向大回转过程中;而最小工作压力约为11MPa,出现在管片拼装机初始位置.5结束语(1)选用了性能较好的液压元件,较好地满足了系统性能要求,安全阀的使用,提高了系统的安全性能.(2)采用带负载补偿的电液比例多路阀,利用电信号实现远距离控制或遥控.与管片拼装机无线电液遥控器配合使用,可实现管片拼装机6自由度的无线控制.(3)现场施工测试可知,所选的管片拼装机液压泵噪声小,系统温升小,说明所设计的液压系统是可靠合理的.另外,该液压控制系统综合考虑了管片拼装的全部运动过程,不但能实现完全自动控制,而且定位准确,可为不同类型盾构管片拼装的液压驱动提供借鉴.参考文献[1】管会生,黄松和,徐济平.盾构管片拼装机设计研究叭矿山机械,2005,33(3):15—16.[2]杨华勇,龚国芳.盾构掘进机及其液压技术的应用[J】. 液压气动与密封,2004(1):27—29.f3】蔡河山.土压平衡盾构液压传动控制系统浅析一管片拼装机液压传动控制系统[J】.液压与气动,2003(10)-33-34.[4J丁书福.盾构管片拼装机电液控制系统研究[D】.杭州: 浙江大学,2005.【5]吴根茂,邱敏秀,王庆丰,等.实用电液比例技术【M].杭州:浙江大学出版社,2005.通信地址:江西省南昌市华东交通大学机电工程学院(330013)(收稿日期:2007—07—30)一57—。
六自由度机器人结构设计六自由度机器人是一种具有六个独立自由度的机器人系统，允许其在六个不同的方向上进行平移和旋转运动。
这种机器人系统被广泛应用于工业自动化、医疗、航天航空等领域。
在设计六自由度机器人结构时，需要考虑机器人的运动灵活性、精度和稳定性等因素。
本文将探讨六自由度机器人的结构设计。
1.机械结构设计六自由度机器人的机械结构设计是其最基本的设计要素之一、一般而言，六自由度机器人由底座、连接杆、关节和末端执行器等部分组成。
在设计机械结构时，需要考虑机器人的工作空间要求、重量和刚度等因素。
一种常见的结构设计是将机器人分为两个连杆外部结构和四个内部关节连杆结构，以实现较高的精度和稳定性。
2.关节传动系统设计关节传动系统是六自由度机器人结构中的核心组成部分。
六自由度机器人通常使用直流电动机或步进电动机作为驱动器。
在选择驱动器时，需要考虑其扭矩、精度和响应速度等因素。
同时，传动系统也需要选择合适的减速器、链条或齿轮传动等机械传动装置来实现关节的运动。
3.传感器系统设计传感器系统是六自由度机器人结构中的关键部分，用于实现机器人对外部环境和自身状态的感知。
常用的传感器包括编码器、力/力矩传感器、视觉传感器等。
编码器可用于测量关节的位置和速度，力/力矩传感器用于感知机器人对外部环境的力或力矩作用，视觉传感器用于感知机器人周围的物体和环境。
传感器系统设计需要考虑传感器的精度、可靠性和与其他系统的配合等因素。
4.控制系统设计控制系统设计是六自由度机器人的关键环节，用于实现机器人的运动控制和路径规划。
控制系统通常采用计算机或嵌入式系统来实现。
在控制系统设计时，需要考虑机器人的动力学和运动学模型，以及相应的控制算法和控制器设计。
常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。
5.安全系统设计安全系统设计是六自由度机器人结构设计的重要组成部分，用于保证机器人的运行安全。
安全系统设计包括安全门、急停按钮、碰撞检测装置等。
六自由度机器人结构设计
六自由度机器人是一种常见的机器人结构，它具有六个自由度，可以在三维空间中进行复杂的运动和操作。
这种机器人结构设计广泛应用于工业生产线、医疗机器人、危险环境处理等领域。
在本文中，将详细介绍六自由度机器人的结构设计及其相关内容。
首先，六自由度机器人的结构设计包括机身结构、关节结构和执行器结构三个方面。
机身结构方面，需要考虑机器人的整体刚度和轻量化设计。
一般采用铝合金或碳纤维等轻质材料制作机身结构，以提高机器人的运动速度和机械臂的载荷能力。
同时，采用模块化设计，使得机身结构可以方便更换和维修。
关节结构方面，关节是机器人运动的关键部件。
六自由度机器人通常采用旋转关节和直线推动关节的组合形式。
旋转关节通过电机驱动实现机械臂的旋转运动，而直线推动关节通过气动或液压系统实现机械臂的伸缩运动。
关节结构的设计需要考虑机械臂的运动范围、精度和承载能力等因素，以满足机器人的工作需求。
除了以上三个方面的设计，还需考虑机器人的运动控制和感知系统等方面。
在六自由度机器人的运动控制方面，通常采用闭环反馈控制系统，通过编码器或传感器等装置实时监测机械臂的位置和姿态，并根据设定的轨迹和工作要求进行控制。
感知系统方面，采用视觉、力觉或力矩感知等技术，使机器人能够感知周围环境和物体特征，实现精确的位置和力量控制。
盾构管片拼装机原理及结构分析1.盾构管片拼装机简介管片拼装机，又称举重臂，是一种设置在盾尾部位、可以迅速把管片拼装成确定形式的起重机械。
开挖后的隧道需要用洞外预制好的钢筋混凝土管片进行永久性支护，管片拼装机的作用就是将管片快速准确地安装到刚开挖的隧道表面，以支护隧道表面、防止地下水土的渗透和地表沉降，管片承担着盾构前进的推进反力。
盾构管片拼装机是一种典型的复杂机电液产品，是盾构成套装备系统的关键子系统之一（见图1），管片拼装机的功能直接影响到管片拼装质量和隧道施工的效率。
图 1盾构机上的管片拼装机2.盾构管片拼装机工作原理：管片拼装机将自动输片装置输送来的管片夹持锁紧，升降油缸提升管片，平移机构将提起的管片移到拼装的横断面位置，回转机构将该管片旋转到管片安装的径向位置，完成管片在隧道中的初步定位；再用偏转油缸、仰俯油缸和举升油缸的不同步伸缩微调定位，使待装管片的螺栓孔与前一环、前一片管片的螺栓孔同时对齐，当一环管片（一环管片衬砌通常由 6～ 11 块管片按一定顺序拼砌而成）安装完成后，用螺栓将环向及轴向相邻的管片按一定的力矩进行联接，完成管片的拼装（其示意图如图2）。
图 2 管片拼装过程示意图整个过程完全自动化，管片拼装机在空间内能完成 6 个自由度的无干涉运动：纵向直线运动 (沿隧道轴线 )、径向直线运动(隧道断面方向)、圆周方向回转运动(绕隧道轴线 )及绕坐标系的三个姿态微调整转动（其示意图如图3），6 个自由度分别由电液比例多路阀通过液压马达和液压缸来实现。
管片拼装机在实际施工中，一般按以下顺序拼装管片：供给管片→夹持锁紧管片→提升管片→初定位管片→微调管片→螺栓连接。
图 3 管片拼装机六自由度示意图3.盾构管片拼装机的结构管片拼装机通常的型式有盘式和中心环式。
盘式拼装机一般以挡拖轮定位，中心环式一般以回转支承定位，由于中心环式具有定位精度高、结构相对简单等特点，主要用于中大型隧道断面管片安装，是目前主要的结构型式[2] 。
六自由度机械平台设计方案
1. 简介
本文档旨在提供一个六自由度机械平台的设计方案，为读者提供一个了解该机械平台的整体结构和功能的概述。
2. 设计要求
在设计六自由度机械平台时，需要考虑以下要求：
- 高精度和高稳定性；
- 具有较大的工作空间；
- 快速和准确的运动；
- 可以承受适应各种工作环境的负载。
3. 设计方案
为满足上述要求，本设计方案包括以下几个关键方面：
3.1 结构设计
- 采用六个自由度，包括三个旋转自由度和三个平移自由度；
- 结构采用刚性框架设计，以确保稳定性和刚性；
- 使用高强度材料来提供足够的负载能力。
3.2 驱动系统
- 使用先进的电机和驱动器来实现快速和准确的运动；
- 采用闭环控制系统以确保精确的位置控制；
- 考虑使用减震和防护装置来减小外界干扰对机械平台运动的影响。
3.3 传感器系统
- 配备合适的传感器来监测机械平台的位置和状态；
- 包括位置传感器、力传感器和姿态传感器等。
3.4 控制系统
- 设计一套先进的控制系统以实现对机械平台的准确控制；
- 使用合适的控制算法来实现运动轨迹规划和运动控制。
4. 总结
本文档提供了一个六自由度机械平台设计的概述，包括结构设计、驱动系统、传感器系统和控制系统等关键方面。
希望通过该设计方案能够满足高精度和高稳定性的需求，并能在各种工作环境下快速和准确地运动。
六自由度并联简介六自由度并联简介1. 引言本文旨在介绍六自由度并联的基本概念、结构设计、运动学和动力学分析等内容。
六自由度并联是一种能够实现六个自由度运动的系统，具有广泛的应用领域，包括工业制造、医疗手术、半导体加工等。
2. 结构设计2.1 结构概述六自由度并联由基座、运动平台和连杆组成。
基座固定在地面上，运动平台通过多个连杆与基座相连，形成六个自由度。
运动平台上还装配有执行器和传感器等设备，用于控制和监测的运动状态。
2.2 连杆设计连杆是连接基座和运动平台的关键部件，其长度和形状对的运动性能有重要影响。
连杆的设计需要考虑运动范围、负载能力和结构强度等因素。
2.3执行器和传感器执行器用于驱动的运动，常见的执行器包括电机和液压缸等。
传感器用于监测的位置、力量和反馈信息，以实现自适应控制和安全保护。
3. 运动学分析3.1 坐标系建立建立的基座坐标系和运动平台坐标系，用于描述的位置和姿态。
3.2 正运动学通过正运动学方程，计算出给定关节变量下的末端位置和姿态。
正运动学方程是解决逆运动学问题的基础。
3.3 逆运动学逆运动学问题是指已知的末端位置和姿态，求解对应的关节变量。
采用数值方法或解析法求解逆运动学问题，以实现精确控制。
4. 动力学分析4.1 质心和惯性参数确定各部件的质量分布和惯性参数，建立动力学模型。
4.2 动力学方程建立的动力学方程，描述在给定控制力和力矩下的运动规律。
动力学方程求解可以实现的动态控制和冲击响应分析。
5. 应用领域6自由度并联在工业制造、医疗手术、半导体加工等领域具有广泛的应用。
通过灵活的运动和高精度的控制，该能够完成复杂的工作任务，并提高生产效率和产品质量。
6. 结束语本文对六自由度并联的结构设计、运动学和动力学分析进行了详细介绍。
希望通过本文的阅读，读者能够对该系统有更深入的了解。
1.本文档涉及附件：本文档附有六自由度并联的结构图、运动学和动力学分析的数学模型和各部件的技术参数表格等。
