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六自由度机械手设计说明书设计参数摘要随着现代科技和现代工业的发展，工业的自动化程度越来越高。
工业的自动化中机械手发挥了相当大的作用，小到机床的自动换刀机械手，大到整个的全自动无人值守工厂，无一不能看到机械手的身影。
机械手在工业中的应用可以确保运转周期的连贯，提高品质。
另外，由于机械手的控制精确，还可以提高零件的精度。
机械手在工业中的应用十分广泛，如：一、以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。
二、以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。
在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。
因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。
应用前景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。
六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真学科：机电一体化姓名：袁杰指导老师：鹿毅答辩日期： 2012.6摘要近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。
我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。
典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多是固定在生产线或加工设备旁边作业的，本论文作者在参考大量文献资料的基础上，结合项目的要求，设计了一种小型的、固定在AGV 上以实现移动的六自由度串联机器人。
首先，作者针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比较，选择其中最优的方案进行了结构设计；同时进行了运动学分析，用D-H 方法建立了坐标变换矩阵，推算了运动方程的正、逆解；用矢量积法推导了速度雅可比矩阵，并计算了包括腕点在内的一些点的位移和速度；然后借助坐标变换矩阵进行工作空间分析，作出了实际工作空间的轴剖面。
这些工作为移动式机器人的结构设计、动力学分析和运动控制提供了依据。
最后用ADAMS 软件进行了机器人手臂的运动学仿真，并对其结果进行了分析，对在机械设计中使用虚拟样机技术做了尝试，积累了经验。
第1 章绪论1.1 我国机器人研究现状机器人是一种能够进行编程，并在自动控制下执行某种操作或移动作业任务的机械装置。
机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及人工智能等多种科学的最新研究成果，是机电一体化技术的典型代表，是当代科技发展最活跃的领域。
机器人的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。
近十几年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。
我国是从 20 世纪80 年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。
1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划。
1987 年，我国的“863”计划将机器人方面的研究列入其中。
目前，我国从事机器人的应用开发的主要是高校和有关科研院所。
全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305XX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)4.3 小臂电机及减速器选型 (31)4.3.1.传动结构形式的选择 (32)4.3.2.几何参数的计算 (32)4.4 凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算 (33)4.4.1柔轮齿面的接触强度的计算 (34)4.4.2柔轮疲劳强度的计算 (35)4.5 轴结构尺寸设计 (36)4.6 轴的受力分析及计算 (36)4.7 轴承的寿命校核 (37)5机械手机身结构设计.......................................................................... 错误!未定义书签。
6自由度履带车机械手使用说明书
一履带车安装
详见履带车安装教程，如下图
二 6自由度机械手安装
详见6自由度机械手安装教程，如下图
三电路模块安装
关于电源，通过两个降压管主要是为了给舵机供电，如下图比如输入电池为7.4V那么经过两片降压管后也就是下图中1输出接口电压大概为6.2V左右，这样我们给舵机供电就安全了，不会烧毁舵机。
2直接给主控板标有VCC接线端子供电，经过7805降压后电压为5V给单片机供电。
而1直接给舵机供电，这样我们主控板和舵机供电就是独立的。
使得舵机工作不会影响到单片机。
控板供电接口，上图中3 接下图中GND负极
电机驱动IN1 IN2 IN3 IN4分别接单片机P06 P07 P44 P45
下图为电机接线图
6自由度机械手6个舵机从上到下接线如下图，舵机橙色线信号线接黄色排针，红色接中间红色排针，咖啡色接黑色排针。
当所有线都接好，单片机下载6自由度机械手程序后，遥控指示灯按mode键，使得遥控上两个指示灯都亮，如下图。
若遥控和接收模块上那个绿色指示灯都不闪烁表示通信上了，若闪烁表示没有通信上，此时检查接收模块接线情况。
注意我们安装好后板子，是安装在履带车最底下那块板子上的，当我们程序下进去，并且舵机接线也连接好后，用遥控
测试是否可以正常使用，没问题则安装到履带车上。
四调试说明
关于程序下载方法见公共基础视频部分，我们首先要将我们程序下载到我们主控板子上，如下图output 中car.hex文件下载到我们主控板子上
五常见故障分析
后续更新。
第一章准备安装SG5/6机械手所需工具下面是安装SG5/6时所需要的工具：螺丝刀钻孔器1/8英寸的钻头小型号的活动扳手或套筒扳手剪钳少量润滑油或类似物品完全配置机械手物品清单SG5/6基本配置机械手包括下列元器件：电子电器类\软件：SG5：3个HiTec HS-475HB伺服电机，1个HS-805BB伺服电机，1个HS-645MG伺服电机SG6：3个HiTec HS-475HB伺服电机，1个HS-805BB伺服电机，1个HS-225MG伺服电机，1个HS-645伺服电机电机延长线：12英寸长2条，6英寸长2条1个SPST开关1个6V-4A电源（只在完全配置中提供）铝质部件：1个电路板固定支架1个底座底座上转盘下托板底座上转盘上托板3个电机支4个手臂部件2个左手爪部件2个右手爪部件4个扁平连接件1齿轮支架1个电机齿轮传动支架1个前臂支架1个上臂支架螺母、螺钉、垫圈和取间隔装置4个#2螺母4个#2弹垫4颗#2-5/16英寸螺钉35个#4平垫13颗#4-1/2英寸螺钉12颗#4-3/8英寸螺钉26颗#4-1/4英寸螺钉4颗#4-1英寸螺钉1颗#4-5/8英寸螺钉3颗#4-5/16英寸螺钉19颗#4螺母23颗#4锁紧螺母19个#4弹垫14个#4-1/4英寸取间隔尼龙支柱4个#4-5/16英寸取间隔尼龙支柱8个#4-3/16英寸取间隔尼龙支柱14个#6-3/8英寸螺钉1个#6-1/2英寸螺钉8个#6锁紧螺母8个#6螺母8个#6弹垫1个#6平垫6个1/4英寸SAE平垫4个球形支撑件其他1本SG5/6机械手手册10条扎带1根长弹簧1根短弹簧2个齿轮4个橡胶垫2个夹子第二章安装前准备注意：在一个整齐、干净有较大空间的环境下开展组装工作整理和恰当地摆放你的各类不规格的螺钉、螺母等配件，这样有利于你在装配时正确的使用特定大小的螺钉、螺母、垫圈等，也可以很方便地取用它们。
从容不迫！SG5/6机械手是一个精密的产品，它要求所有部件都按这个手册中讲的顺序安装。
基于PLC的六自由度机械手复杂运动控制学院：电气工程与自动化学院专业班级：自动化133班学号：07号学生姓名：***指导老师：刘飞飞老师日期：2016/5/20近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。
我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。
典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多是固定在生产线或加工设备旁边作业的，本论文作者在参考大量文献资料的基础上，结合任务书的要求，设计了一种小型的实现移动的六自由度串联机器人。
首先，作者针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比较，选择其中最优的方案进行了结构设计；同时进行了运动学分析，用D- H 方法建立了坐标变换矩阵，推算了运动方程的正、逆解。
机器人广泛应用于工业、农业、医疗及家庭生活中，工业机器人主要应用领域有弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。
总之，工业机器人的多领域广泛应用，其发展前景广阔。
关键词：机器人关节，运动学分析，工业机器人，自由度第一章绪论 (4)1.1引言 (4)1.2机器人的产生与发展史 (4)1.3国内外机器人的发展状况及发展战略 (6)1.4六自由度机械手复杂运动控制的现实意义 (9)1.5 PLC在设计中的应用 (10)第二章机械手的总体方案设计 (11)2.1 机械手基本形式的选择 (11)2.2 机械手的主要部件及运动 (12)2.3驱动机构的选择 (12)2.4传动机构的选择 (12)第三章六自由度机械手的坐标建立及运动学分析 (13)3.1 系统描述及机械手运动轨迹设计方式 (13)3.1.1 机器人技术参数一览表 (13)3.1.2 机械手运动轨迹设计方式 (14)3.2 平面复杂轨迹设计目的 (18)3.2.1“西”字的轨迹设计和分析 (18)3.2.2“南”字的轨迹设计和分析 (19)3.2.3机械手的起始位姿和末态位姿 (20)3.3机械手轨迹设计中坐标系的建立 (20)3.4 平面轨迹设计的正运动学分析 (29)3.4.1. 平面轨迹设计的正运动学分析原理 (29)3.4.2 正运动学分析步骤及计算 (29)3.5 六自由度机械手轨迹设计中的逆运动学分析 (30)3.5.1.机械手逆运动学分析原理 (30)3.5.2.逆运动学分析步骤及计算 (31)第四章PLC控制机械手运动轨迹设计与分析 (35)4. 1可编程序控制器的选择及工作过程 (35)4.1.1 可编程序控制器的选择 (35)4.1.2 可编程序控制器的工作过程 (35)4.2 控制系统设计 (36)（一）控制系统硬件设计 (36)1. PLC梯形图中的编程元件 (37)2． PLC的I/O分配 (37)3 机械手控制系统的外部接线图 (38)（二）控制系统软件设计 (38)第五章总结 (40)参考文献 (41)第一章绪论1.1引言机器人是当代科学技术的产物，是高新技术的代表。
目录第一章绪论 (5)第二章总体介绍 (7)2.1机械结构的总体介绍 (7)2.2电气结构的总体介绍 (8)第三章机械机构及设计 (9)3.1底座的设计 (9)3.2屈臂的设计 (9)3.21屈臂的组成和作用 (9)3.22屈臂设计的基本要求 (10)3.23屈臂的常用结构 (10)3.3 腕部的设计 (11)3.31腕部的作用 (11)3.32腕部的分类 (11)3.33手部的设计 (12)3.41手部的特点 (12)3.42手部的分类 (12)第四章电气结构及设计 (14)4.1主控制器的选择 (14)4.2伺服控制器PSC及电机的选择 (15)4.21伺服控制器的选择 (15)4.22PSC伺服控制板接口的设计 (15)4.23伺服电机的选择..................................................................16 第五章控制程序及调试..................................................................18 第六章心得体会...........................................................................21 参考文献 (22)第一章绪论在工资水平较低的中国，制造业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的跨国公司很早就在他们设在中国的工厂中引进了自动化生产。
但现在的变化是在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高，应为他们要面对工人的流失率高，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致性，提高品质。
另外，另外，由于机械手的控制精确，还可以提高零件的精度。
机械手在工业中的应用十分广泛，如：一、以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。
六自由度机械手设计说明书设计参数摘要随着现代科技和现代工业的发展，工业的自动化程度越来越高。
工业的自动化中机械手发挥了相当大的作用，小到机床的自动换刀机械手，大到整个的全自动无人值守工厂，无一不能看到机械手的身影。
机械手在工业中的应用可以确保运转周期的连贯，提高品质。
另外，由于机械手的控制精确，还可以提高零件的精度。
机械手在工业中的应用十分广泛，如：一、以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。
二、以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。
在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。
因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。
应用前景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。
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。
目录第一章前言................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1 机器人技术概述………………............................................. 错误！未定义书签。
1.2国外机器人技术发展情况………………............................. 错误！未定义书签。
1.3 设计任务 (4)第二章总体设计 (5)2.1 整体分析 (5)2.2 各部分分析 (5)2.2.1 机械部分 (5)2.2.2 电气部分 (6)第三章机械结构设计 (7)3.1 底部设计 (7)3.2 臂部设计 (8)3.3 腕部设计 (8)3.4 手部设计 (8)第四章电气结构设计 (9)4.1 计算机与AT89S52通信 (9)4.2 AT89S52控制舵机 (10)第五章程序分析 (12)六自由度机械手设计第一章前言1.1 机器人技术概述机器人技术是现代机电一体化技术的最高成果，涉及诸多学科，是当代科学技术发展最为活跃的领域之一。
作为应用最为广泛的机器人技术产物，机械手在工业生产中的应用非常普遍。
近年来，由于劳动力成本上升等因素，我国许多企业已经开始将部分生产交给工业机器人处理，特别是在条件较为恶劣的环境，工业机器人发挥了稳定、高效、适应能力强的特点。
机器人技术是二十世纪的一项重要明，它的问世和应用在减轻劳动强度，提高生产率，把人从危险、恶劣环境下劳动替换出来等方面显示出极大的优越性；并且在宇宙、海洋开发及军事技术上具有重要的应用价值，对各类相关学科的发展也有很大的促进作用。
1.2 国外机器人技术发展情况国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：1.工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操做和维修)，而单机价格不断下降。
（完整版）六⾃由度搬运机械⼿结构设计2. 六⾃由度搬运机械⼿的结构设计根据机械⼿的基本要求能快速、准确地拾起-放下搬运物件，这就要求它们具有⾼精度、快速反应、⼀定的承载能⼒、⾜够的⼯作空间和灵活的⾃由度及在任⼀位置都能⾃动定位等特征。
设计原则是：充分分析作业对象（⼯件）的作业技术要求，拟定最合理的作业⼯序和⼯艺、并满⾜系统功能要求和环境条件；明确⼯件的形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受⼒特性、尺⼨和质量参数等，从⽽进⼀步确定对该机械⼿结构和运⾏控制的要求；尽量选⽤定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通⽤性和专⽤性，并能实现柔性转接和编程控制。
本课题设计的是⼀种⼩型的多关节式六⾃由度机械⼿，能够满⾜相应的动作要求，并对⼀些⼩质量⼯件实现抓取、搬运等⼀些列动作。
2.1 六⾃由度搬运机械⼿的功能分析该机械⼿系统共有6个⾃由度，分别为肩的回转与曲摆，⼤臂的曲摆，⼩臂的曲摆，⼿腕的曲摆与回转，以及⼿抓的回转。
该系统中基座固定，与基座相连的肩可以进⾏360度的回转；与肩相连接的⼤臂可以进⾏-90～+90度曲摆，与⼤臂相连接的⼩臂可以进⾏-90～+90度曲摆，⼤臂和⼩臂动作幅度较⼤，可以满⾜俯仰要求。
⼿腕可以进⾏360度的旋转，⼿腕也可以完成-90～+90度的曲摆，末端的⼿⽖部分可以-90～+90度夹持，⼿⽖部分通过⼀对齿轮的啮合转动，及其四杆机构完成⼿⽖的开合，可以满⾜夹持⼯件的要求。
通过预先编好的程序，下载到单⽚机内，从⽽使该六⾃由度搬运机械⼿能独⽴的完成⼀套指定的搬运动作，并⼀直重复进⾏下去！2.2 六⾃由度搬运机械⼿的坐标形式和⾃由度2.2.1 六⾃由度搬运机械⼿的坐标形式按机械⼿⼿臂的不同运动形式及组合情况，其坐标形式可以分为直⾓坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。
（1）直⾓坐标式机械⼿直⾓坐标式机械⼿是适合于⼯作位置成⾏排列或传送带配合使⽤的⼀种机械⼿。
它的⼿臂可以伸缩，左右和上下移动，按照直⾓坐标形式x、y、z三个⽅向的直线运动，其⼯作范围可以是1个直线运动、2个直线运动或3个直线运动。
6⾃由度机械⼿控制⼿册V16⾃由度机械⼿控制⼿册版本：V1YFROBOT2015年10⽉23⽇1、了解机械⼿ (3)1.1机械⼿ (3)1.26⾃由度机械⼿简介 (3)2、机械⼿安装 (3)2.16⾃由度机械⼿安装 (3)3、硬件选择 (4)3.1材料准备与介绍 (4)3.2材料组合⽅式选择 (6)4、连接与调试 (7)4.1⽅式1连接与调试 (7)4.2⽅式2连接与调试 (8)4.3⽅式3连接与调试 (9)4.4⽅式4连接与调试 (10)5、总结 (12)1、了解机械⼿1.1机械⼿机械⼿是能模仿⼈⼿和臂的动作功能，⽤以按固定程序抓取、搬运物件或操作⼯具的⾃动操作装置。
它主要主要由执⾏机构、驱动机构和控制系统三⼤部分组成。
它可以代替⼈从事繁重的危险的重复的劳动，即提⾼了⽣产效率，⼜能更好的保证⼈的安全，所以在⼯业⽣产中被⼴泛应⽤。
1.26⾃由度机械⼿简介我们这⾥的机械⼿仅⽤于学习与娱乐，不能和⼯业机械⼿相提并论的！下⾯我们简单介绍下我们的机械⼿组成部分：1、执⾏部分-机械⼿⽀架2、驱动部分-伺服舵机3、控制部分-控制板或舵机控制器或控制板+舵机控制器4、电源部分-驱动伺服电源+控制部分电源。
2、机械⼿安装2.16⾃由度机械⼿安装⽤户根据购买的机械⼿类型，选择⽂档查看：6⾃由度机械⼿控制⼿册V1\机械⼿安装。
1、圆盘底座6⾃由度机械⼿安装2、⾮圆盘底座6⾃由度机械⼿安装①②安装提⽰：安装过程中注意舵机轴的位置，尽量保持轴在中间位置也就是90度左右，这样可以减少后期的拆卸重装的步骤！3.1材料准备与介绍玩⼀个6⾃由度机械⼿，需要的材料：□6⾃由度机械⼿⽀架（必备）□6个伺服舵机（必备、可选DS3115or996）□电源（必备）□控制板、舵机控制器（选择）□遥控部分-PS2⼿柄（可选）3.1.1机械⼿⽀架这⾥⽀架就是个机械结构，主体⽀架都是⾦属材质的⾮常可靠。
3.1.2舵机舵机主要是由外壳、电路板、⽆核⼼马达、齿轮与位置检测器所构成，可以根据脉冲信号，精确控制旋转⾓度。
（完整版）六⾃由度机械⼿⽬录摘要 (2)第⼀章绪论 (3)1.1. ⼯业机器⼈概述 (3)1.2机械⼿的组成和分类 (4)1.2.1. 机械⼿的组成 (4)1.2.2. 机械⼿的分类 (5)第⼆章机械⼿的设计⽅案 (7)2.1 机械⼿的“坐标形式”与“⾃由度” (7)2.2 机械⼿的主要参数 (8)第三章⼿部结构的设计 (9)3.1 末端执⾏器的设计 (9)3.1.1蜗杆蜗轮型号选择 (10)3.1.2 驱动电机型号选择 (10)3.1.3联轴器的选择 (11)3.2 ⼿腕回转装置设计 (11)3.2.1 驱动电机的选择 (12)3.2.2 锥齿轮的设计 (13)第四章腕部结构设计 (16)4.1 腕部俯仰结构设计 (16)4.1.1 驱动电机的选择 (16)4.1.2 内啮合齿轮的设计 (17)4.2 ⼿腕左右摆动结构设计 (18)第五章肘部与肩部的设计 (19)5.1 肘部结构设计 (19)5.1.1 驱动电机的选择 (20)5.1.2内啮合齿轮的设计 (21)5.2 肩部结构设计 (22)5.2.1驱动电机的选择 (22)5.2.2 锥齿轮的设计 (23)第六章底座的设计 (23)6.1 驱动电机的选择 (24)6.2 蜗轮蜗杆的选择 (24)第七章：ADAMS 模型的建⽴与仿真 (25)7.1 ⼿部模型的建⽴ (25)致谢 (29)参考⽂献 (29)摘要本次所设计的作品是“六⾃由度机械⼿”。
六⾃由度即：腰部回转、肩部摆动、肘部摆动、腕部左右摆、腕部俯仰摆和腕部回转，最终实现“末端执⾏器”的夹持动作。
⽅案⼀：所有传动均选⽤“齿轮传动”或者“蜗轮蜗杆传动”。
总共需要7个伺服电机来驱动。
⾸先，腰部电机主轴通过联轴器与蜗杆连接，蜗杆旋转带动蜗轮回转，从⽽蜗轮再带动底座实现360度回转。
其次，肩部电机主轴通过联轴器与⼀个锥形齿轮连接，带动另外⼀个锥形齿轮进⾏双向旋转，从⽽实现肩部带动上臂的摆动动作。
西南交通大学本科毕业设计（论文）六自由度机械手复杂运动控制年级:200X级学号:200XXXX姓名:XXX专业: 机械工程系数控技术指导老师:XXX0X年6月院系机械工程系专业数控技术年级200X级姓名XXX题目六自由度机械手复杂运动控制指导教师评语指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日毕业设计（论文）任务书班级0X级数控技术（1）班学生姓名XXX 学号200XXXXX发题日期：0X年3月 1 日完成日期：6月18日题目六自由度机械手复杂运动控制1、本论文的目的、意义本设计主要以实验室设备（六自由度串联机械手）为基础，运用六自由度串联机械手完成现实工程及实际需要为出发点。
通过对机械手的系统分析建立机器人坐标系的方法，并对其进行正运动分析和逆运动学分析结合矩阵的变换等研究该机器人系统在平面轨迹方面的设计。
并利用MATLAB对该设计的准确行进行验证。
本次设计让我们能有效的利用学校的设备对实际需要进行分析设计，从而使我们能将理论与实际有效结合。
并从中掌握了工程设计的主要方法和了解了现存技术中需要我们进行探索的必要。
2、学生应完成的任务由于本课题取材于实际生产运用中，不仅从理论方面对设计有分析等要求，更要结合理论做出实际需要的运动控制。
下面主要以学生的设计为主提出其需要完成的任务：（1）完成一万字符的外文翻译；（2）完成复杂运动控制设计的总体方案；（3）通过老师指导可以对机械手进行熟悉的操作和运用；（4）利用现有资料对机械手进行运动学理论分析，并结合矩阵工具对其建立的运动学方程进行求解；（5）利用机械手完成平面文字轨迹的运动控制；（6）对复杂运动控制的总结，分析其优缺点，并提出其缺点的解决方案和需要注意的问题；（7）完成毕业设计论文。
3、论文各部分内容及时间分配：（共17 周）第一部分阅读相关文献并收集资料( 3周)第二部分熟悉设备操作并进行相关简单的操作( 3周)第三部分轨迹设计过程和相关计算分析( 4周)第四部分完成设计部分到实际运行部分( 3周)第五部分撰写毕业论文( 2周)评阅及答辩准备好答辩的演示文档及进行答辩( 2周)备注指导教师：XXX 0X年3月日审批人：年月日摘要本文以示教型六自由度串联机械手为试验设备，进行机械手的复杂运动控制，使机械手完成各种复杂轨迹的运动控制等功能，能够在现代工业焊接、喷漆等方面的任务。
目录摘要 (2)第一章绪论 (3)1.1. 工业机器人概述 (3)1.2机械手的组成和分类 (4)1.2.1. 机械手的组成 (4)1.2.2. 机械手的分类 (5)第二章机械手的设计方案 (7)2.1 机械手的“坐标形式”与“自由度” (7)2.2 机械手的主要参数 (8)第三章手部结构的设计 (9)3.1 末端执行器的设计 (9)3.1.1蜗杆蜗轮型号选择 (10)3.1.2 驱动电机型号选择 (10)3.1.3联轴器的选择 (11)3.2 手腕回转装置设计 (11)3.2.1 驱动电机的选择 (12)3.2.2 锥齿轮的设计 (13)第四章腕部结构设计 (16)4.1 腕部俯仰结构设计 (16)4.1.1 驱动电机的选择 (16)4.1.2 内啮合齿轮的设计 (17)4.2 手腕左右摆动结构设计 (18)第五章肘部与肩部的设计 (19)5.1 肘部结构设计 (19)5.1.1 驱动电机的选择 (20)5.1.2内啮合齿轮的设计 (21)5.2 肩部结构设计 (22)5.2.1驱动电机的选择 (22)5.2.2 锥齿轮的设计 (23)第六章底座的设计 (23)6.1 驱动电机的选择 (24)6.2 蜗轮蜗杆的选择 (24)第七章：ADAMS 模型的建立与仿真 (25)7.1 手部模型的建立 (25)致谢 (29)参考文献 (29)摘要本次所设计的作品是“六自由度机械手”。
六自由度即：腰部回转、肩部摆动、肘部摆动、腕部左右摆、腕部俯仰摆和腕部回转，最终实现“末端执行器”的夹持动作。
方案一：所有传动均选用“齿轮传动”或者“蜗轮蜗杆传动”。
总共需要7个伺服电机来驱动。
首先，腰部电机主轴通过联轴器与蜗杆连接，蜗杆旋转带动蜗轮回转，从而蜗轮再带动底座实现360度回转。
其次，肩部电机主轴通过联轴器与一个锥形齿轮连接，带动另外一个锥形齿轮进行双向旋转，从而实现肩部带动上臂的摆动动作。
再者，肘部电机通过联轴器与一“内啮合”小齿轮连接，而大齿轮与前臂的端部通过平键来周向连接定位。
从而电机带动小齿轮，小齿轮通过与大齿轮啮合旋转，带动前臂实现摆动动作。
在前臂的末端连接手腕处，电机轴与手部直接连接，通过电机的正反转实现手腕的左右摆动。
手腕的俯仰动作原理与肘部摆动原理类似，也是通过一对内啮合齿轮连接。
腕部的回转与肩部的摆动原理相同，通过一对锥齿轮来实现。
末端执行器通过蜗杆与一对扇形蜗轮进行双向旋转实现。
方案二：所有传动都通过“液压缸”来实现，其形式类似于挖掘机或推土机。
最终实现“夹持功能”相同。
这种方案优点是：可频繁换向，冲击小，可实现无级调速。
不过相比第一种方案：需要专门的一套液压装置，结构复杂，容易漏油污染，而且其摆动角度较小。
因此综合考虑，选用第一种方案。
第一章绪论1.1. 工业机器人概述机器人是近几年发展起来的能模仿人的动作的一种产品。
工业机器人由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感器装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化生产设备。
特别适用于多品种、多批量的生产线中。
它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人堆环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说，它也是机器进化过程的产物，它是工业以及产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
机械手是模仿人手的部分动作，按照给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或者操作的自动机械装置。
在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。
生产中应用机械手可以提高生产的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。
尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气和放射性等恶劣环境中，它可以代替人进行正常的工作，意义更为重大。
1.2机械手的组成和分类1.2.1. 机械手的组成机械手主要由：驱动系统、控制系统、执行机构以及位置检测系统装置等所组成。
各个系统互相之间的关系如方框图所示：（一）执行机构包括：手部、手腕、手臂与底座等机构。
１.手部：即与物体接触的部位。
由于接触形式的不同，可分为夹持式和吸附式，本次课题中采用的是“夹持式手部结构”。
夹持式手部又由手爪和传力机构构成。
手爪与物体直接接触，采用双手指式平行结构。
常用的传力结构又有回转型和平移型。
回转型结构简单、制造容易，因此广泛使用。
平移型虽然可夹持直径变化范围大的工件，但结构复杂，故应用较少。
２.手腕：手腕是连接手部和手臂的部件，并可以用来调整被抓取物件的方位和抓取姿势。
如：可左右旋转平移，也可以俯仰转动，并且可以沿着轴线做360度回转。
３.手臂：手臂是支撑被抓物件、手部、手腕的重要部件。
手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按照预定的要求将其搬运到指定的位置。
本次课题所用的机械手臂驱动及传动机构为：电机驱动，锥齿轮或者内啮合齿轮传动。
４.底座：底座是整个机械手的支撑部件，也是执行其腰部进行360度回转的机构。
而且机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于底座上。
（二）驱动系统驱动系统是机械手执行机构运动的动力和传动提供装置。
常用的驱动系统有：液压传动系统、气压传动系统、电力机械传动系统。
目前工业机械手一般采用液压和电力两种，但考虑到环境和机构复杂程度，本次课题采用：电力机械传动机构。
（三）控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。
目前工业机械手的控制多采用程序控制系统和电气定位（或机械挡块定位）系统组成。
1.2.2. 机械手的分类（一）按用途分1.专用机械手：它是具有固定程序二五独立控制系统的机械装置。
专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单等特点。
适用于大批量自动化生产线。
2.通用机械手：它是一种具有独立控制系统、程序可变，动作灵活多样的机械手。
它的驱动装置与控制系统是独立的。
通用机械手工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化生产线。
（二）按驱动方式分1.液压传动机械手以液压来驱动执行机构的机械手。
主要特点是：抓重大、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。
但对密封性要求严格，且易漏油污染，精度要求高，成本较高。
2.气压传动机械手以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。
主要特点是：动作迅速、结构简单、气源方便、成本低。
但输送力较小，冲击较大，结构较大，不适合于小型机构。
3.电力机械传动机械手以电机为驱动装置，并以机械传动机构（齿轮、蜗轮蜗杆、皮带轮等）来驱动机械手。
它的优点是：运动速度快、行程长、维护使用方便、运动准确可靠，且对环境无污染。
因此本次设计采用该种机械结构。
本次课题采用：（1）电机电力驱动；（2）机械结构传动；（3）夹持式手部结构；（4）专用机械手。
第二章机械手的设计方案2.1 机械手的“坐标形式”与“自由度”按照机械手臂的不同运动形式及其组合情况，其坐标形式可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。
由于本次课题所设计的机器人的手臂与人体上肢类似，采用了2个回转关节和4个弯曲关节，因此采用了典型的“空间关节式”机械手。
如下图所示：（图1）平面关节式（图2）空间关节式综上可知，2个回转加上4个弯曲关节，总共有6个自由度。
因此为：6自由度机械手。
2.2 机械手的主要参数1.机械手的最大抓重：由于整体结构较小，又采用小型伺服电机驱动，因此考虑抓取物体不应该太重，查阅相关机械手的设计参数，最终得出：本设计机械手抓取最大重量为：550克。
2.基本运动速度：电机最大回转速度为：545度/秒，最小回转速度为：261度/秒。
经过中途传动与减速，最终到执行部分：末端执行器最大回转速度为：109度/秒；腰部回转速度约为：60度/秒；肩部与肘部摆动速度约为：60度/秒。
3.机械手的技术参数列表：（一）用途：用于自动输送流水线的上下料。
（二）设计技术参数：1.坐标形式：空间关节式2.最大抓重：550克；3.最大工作半径：550mm4.基座高：200mm5.上臂长（肩到肘）：150mm6.前臂长（肘到腕）：200mm7.腕到手爪中心：200mm8.各回转范围：360度9各旋转范围（摆动）：180度10. 末端执行器最大回转速度为：109度/秒 ；11.腰部回转速度约为：60度/秒 ；12.肩部与肘部摆动速度约为：60度/秒；13.机械手自重：约 5000克；14.手指夹持范围：棒料：60120ϕϕ→15.手爪：内宽 80mm ；手长 100mm ；手指高 20mm 。
第三章 手部结构的设计3.1 末端执行器的设计本次设计末端执行器为“夹持式”，是双手指结构。
并且采用了“扇形蜗轮蜗杆”结构，电机可带动蜗杆进行双向回转，蜗杆带动左右两个扇形蜗轮进行旋转，从而再动动两根手指实现夹持或分开动作。
具体结构如下图所示：其中：两手指内侧之间距离：L = 80mm ；扇形蜗轮半径：R = 30 mm ；支点与手心距离：b=60 mm ；3.1.1 蜗杆蜗轮型号选择：由于两指间内侧距离为：L = 80 mm ；扇形蜗轮半径：R = 30 mm ；因此蜗杆分度圆直径应选取为：d = L-2R = 20 mm ；所以选取蜗杆为：模数：m = 1.6 mm ；分度圆直径：d = 20 mm ；蜗杆头数：1z 1= ；导程角：3426=4γ•”’； 蜗轮齿数：Z = 51； 扇形蜗轮中心角：90θ= .3.1.2 驱动电机型号选择： 所夹持重物：550 g ；即：G = 5.5 N ；橡胶与金属之间静摩擦系数：f=0.5 ； 因此所需的夹持力：G 5.5F 11()f 0.5N === ； 又因为：R F b F ⨯=⨯扇轴 ，故可得：22N F =轴 ；设 F ’ 为蜗杆圆周力，因此有：F sin cos F γγ⨯⨯=轴’ ，解得：F =N ’274 ;蜗杆半径：R=10mm = 0.01 m ，故有：'2.74()M=F R N M ⨯= 因此选用电机型号如下：内芯式805BB 系列电机：双滚珠轴承，定制内置式芯片；6.0伏扭矩：2.74N M ；6.0伏速率：429度/秒 ；尺寸：66X30X58毫米 ；重量：152克 .3.1.3 联轴器的选择：由于机器起动时的动载荷和运转中可能出现的过载现象，所以应该按照轴上的最大转矩作为计算转矩：ca A T =K T 。
其中：T = 2.74N M ； 经查表可知：A 1.5K = ；因此：ca A T =K T 2.74 1.5 4.11N M =⨯=（） ;又根据轴的直径、蜗杆直径，故选择的联轴器应为：承受至少4.5N M 转矩，且轴孔直径为d=22mm 的联轴器。
