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四自由度机器人手臂设计---工作空间分析050696135 张东红指导老师：刘铁军讲师第1章绪论1．1 机器人的概念我们一直试图为自己的研究对象下一个明确的定义----就象其他所有的技术领域一样----始终未能如愿。
关于机器人的概念，真有点像盲人摸象，仁者见仁，智者见智。
在此，摘录一下有代表性的关于机器人的定义：牛津字典：Automation with human appearance or functioning like human科幻作家阿西莫夫（Asimov）提出的机器人三原则：第一，机器人不能伤害人类，也不能眼见人类受到伤害而袖手旁观；第二，机器人必须绝对服从人类，除非人类的命令与第一条相违背；第三，机器人必须保护自身不受伤害，除非这与上述两条违背；日本著名学者加藤一郎提出的机器人三要件：1．具有脑、手、脚等要素的个体；2．具有非接触传感器（眼、耳等）和接触传感器；3．具有用于平衡和定位的传感器；世界标准化组织（ISO）机器人是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器。
细细分析以上定义，可以看出，针对同一对象+所做的定义，其内涵有很大的区别，有的注重其功能，有的则偏重与结构。
这也就难怪对同一国家关于机器人数量的统计，不同资料的数据会很大差别。
虽然现在还没有一个严格而准确的普遍被接受的机器人定义，但我们还是希望能对机器人做某些本质性的把握。
首先，机器人是机器而不是人，它是人类制造的替代人类从事某种作业的工具，它只能是人的某些功能的延伸。
在某些方面，机器人可具有超越人类的能力，但从本质上说机器人永远不可能全面超越人类。
其次，机器人在结构上具有一定的仿生性。
很多工业机器人模仿人的手臂或躯体结构，以求动作灵活。
海洋机器人则在一定程度上模仿了鱼类结构，以期待得到最小的水流阻力。
第三，现代机器人是一种机电一体化的自动装置，其典型特征之一是机器人受微机控制，具有（重复）编程的功能。
4自由度机械臂结构设计引言机械臂是一种用于完成特定任务的机器人装置，具有广泛的应用领域，例如工业自动化、医疗手术和军事等。
本文将讨论4自由度机械臂的结构设计，以及在不同任务中的应用。
机械臂的自由度机械臂的自由度是指机械臂能够自由运动的独立关节数量。
4自由度机械臂由4个独立的旋转关节组成，使得机械臂可以在3D空间中进行平移和旋转运动。
结构设计关节结构4自由度机械臂的关节结构应具有一定的刚度和承载力，以便支撑机械臂的运动和负载。
通常采用液压或电动驱动的转动关节来实现机械臂的自由度。
每个关节应具有一定的转动范围和精度，以满足不同任务的需求。
运动范围4自由度机械臂的运动范围应能够满足各种任务的需求。
通过合理设计关节的转动范围，可以确保机械臂能够在三维空间中覆盖特定区域。
此外，机械臂的运动范围还应考虑到其在工作空间内的尺寸限制，以及与其他设备或障碍物的碰撞风险。
站立稳定性机械臂的站立稳定性是指机械臂在执行任务时，能够保持平衡和稳定的能力。
站立稳定性取决于机械臂的结构设计和重心位置。
为了确保机械臂的稳定性，可以采用合适的重心位置和支撑结构。
此外，考虑到机械臂运动时的惯性力，还需要设计相应的减振和平衡装置。
控制系统机械臂的控制系统对于实现精准的运动控制和任务执行至关重要。
控制系统包括传感器、执行器和控制算法等。
传感器用于感知机械臂末端的位置和姿态信息，执行器通过控制关节转动实现机械臂的运动，控制算法根据传感器的反馈信息进行计算和控制。
设计高效可靠的控制系统可以提高机械臂的运动精度和工作效率。
应用领域4自由度机械臂由于其灵活性和可定制性，在多个领域具有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：工业自动化4自由度机械臂在工业生产线上可以完成各种简单重复的操作任务，例如搬运、装配和焊接等。
机械臂的高速度和精度可以提高生产效率和产品质量。
医疗手术4自由度机械臂在医疗手术中可以用于进行精确的手术操作，例如微创手术和精准定位。
四自由度工业机器人毕业设计摘要近二十年来，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。
本文简要介绍了工业机器人的概念，机器人的组成和分类，机器人的自由度和坐标形式，气动技术的特点。
对机器人进行总体方案设计，确定了机器人的坐标形式和自由度，确定了机器人的技术参数。
同时，设计了机器人的夹持式手部结构，设计了机器人的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。
设计了机器人的手臂结构。
设计出了机器人的气动系统，绘制了机器人气压系统工作原理图，对气压系统工作原理图的参数化绘制进行了研究，大大提高了绘图效率和图纸质量。
关键词：工业机器人，机器人，气动，单片机控制ABSTRACTIn the past twenty years, robotic technology is developing very fast, all sorts of use robots in various fields can be used widely. Our country in the research and application of robots and industrial countries, there is still a gap compared, therefore, the research and design various USES robots especially industrial robots, promote the use of robots is a realistic significance.This paper briefly introduces the concept of industrial robot, robot, robot composition and classification of freedom and coordinates, the characteristics of pneumatic technology. The general scheme design of robot, robot was determined, and freedom of coordinates the technical parameters of robot was determined. Meanwhile, the design of the robot hand gripping type of the robot structure, design wrist structure, calculated the wrist rotation for driving moment and rotary cylinder driving moment. Design a robot arm structure.Designed a robot pneumatic system, painted robots working principle diagram, pneumatic system of pneumatic system working principle diagram parametric drawing was studied, and greatly improve the efficiency of drawing and drawings quality.Keywords: industrial robot, pneumatic, SCM control第一章绪论随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化，工业机器人已成为一种高新技术产业，为工业自动化发挥了巨大作用，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。
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。
具有五个自由度的机械手设计摘要随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。
文章主要叙述了机械手的设计计算过程。
首先，本文介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体座标的形式。
同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。
机械手采用液压传动，使传动系统简单可靠；选用可编程控制器对机械手的动作进行控制，使控制程序简单，系统维护方便。
设计过程中，对机械手和液压缸部分做了详细的设计计算。
同时，对机械手的通用性主要是采用可更换式手部结构来实现，通过更换手部，可使机械手抓取外圆零件和内圆零件，从而实现了系统的多功能化。
机械手总体结构能够实现手臂的水平伸缩、垂直升降、旋转和抓取等功能，这些动作都是可编程控制器控制，用液压缸驱动机械手来完成的。
文章中介绍了搬运机械手的设计理论与方法。
全面详尽的讨论了搬运机械手的手部、腕部、手臂以及机身等主要部件的结构设计。
最后使用软件对机械手PLC控制仿真。
关键词：机械手；液压传动；液压缸；PLC仿真；AbstractThe applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator.The first，The paper introduces the function,composing and classification of the manipulator,tells out the free-degree and the form of coordinate.At the same time,the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator. Manipulator use system can be simple and reliable. The manipulator and in this paper. The movements of mechanical be convenient. And the universal ability of manipulator is based on the interchangeability of the grasp cylindrical parts and inner parts through the replacement of and captures the semifinished materials. All those movements are controlled by programmable controller and realized by industry manipulator's design theory and method. The comprehensive exhaustive discussion ,which the major structural design computation. Finally uses the software to carry out the PLC control simulation for manipulator's ；Hydraulic cylinder；Programmable logic Controller simulation;目录1 绪论 (1)1.1前言 (1)1.2 工业机械手的简史 (1)1.3工业机械手在生产中的应用 (3)1.4 机械手的组成 (4)1.5工业机械手的发展趋势 (5)2 机械手的总体设计方案 (7)2.1 机械手基本形式的选择 (7)2.2机械手的主要部件及运动 (7)2.3驱动机构的选择 (8)2.4 机械手的技术参数列表 (8)3 机械手手部的设计计算 (9)3.1 手部设计基本要求 (9)3.2 典型的手部结构 (9)3.3机械手手抓的设计计算 (9)3.4 机械手手抓夹持精度的分析计算 (13)3.5弹簧的设计计算 (14)4 腕部的设计计算 (17)4.1 腕部设计的基本要求 (17)4.2 腕部的结构以及选择 (17)4.3 腕部的设计计算 (18)5 臂部的设计及有关计算 (23)5.1 臂部设计的基本要求 (23)5.2 手臂的典型机构以及结构的选择 (24)5.3 手臂直线运动的驱动力计算 (24)5.4 液压缸工作压力和结构的确定 (27)6 机身的设计计算 (29)6.1 机身的整体设计 (29)6.2 机身回转机构的设计计算 (30)6.3 机身升降机构的计算 (34)6.4 轴承的选择分析 (37)7 液压驱动系统设计 (38)7.1液压驱动的特点 (38)7.2液压系统设计 (39)8 PLC控制系统设计 (40)8.1 PLC的特点 (40)8.2 PLC的选择及IO分配 (40)8.3 PLC程序设计及仿真 (42)结论 (50)致谢 (51)参考文献 (52)附录 (53)1.绪论1.1前言用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。
6自由度机器人机械结构设计及路径规划摘要近二十年来，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CONSTRUCTION DESIGN、KINEMATICS ANALYSIS OF SIX DEGREE OF FREEDOM ROBOTABSTRACTIn the past twenty years, the robot technology has been developed greatly and used in many different fields. There is a large gap between our country and the developed countries in research and application of the robot technology so that there will be a great value to study , design and applied different kinds of robots, especially industrial robots.Most typical industrial robots such as welding robot, painting robot and assembly robot are all fixed on the product line or near the machining equipment when they are working. Based on larger number of relative literatures and combined with the need of project, the author have designed a kind of small-size serial robot with 6 degree of freedom which can be fixed on the AGV to construct a mobile robot.First of all, several kinds of schemes were proposed according to the design demand. The best scheme was chosen after analysis and comparing and the structure was designed. At same time, The kinematics analysis was conducted, coordinate transformation matrix using D - H method was set up, and the kinematics equation direct solution and inverse solution was deduced, robots are widely used in industry, agriculture, medical and family life, the main application areas of industrial robot are complex operations includes welding, spot welding, assembly, handling, painting, inspection, palletizing, grinding polishing and Laser processing etc. In one word, the development prospects of widely used in many fields of industrial robots are broad.KEY WORDS：Robot joints，Kinematics Analysis，Industrial robot，Degree of freedom.目录前言 (1)第1章工业机器人介绍 (2)§1.1工业机器人概述. (2)§1.2 工业机器人的驱动方式 (3)§1.3 工业机器人的分类. (3)第2章工业机器人结构方案确定 (4)§2.1机器人自由度分配和手臂手腕构形 (4)§2.2传动系统布置 (5)§2.3方案描述 (6)第3章机械设计部分 (8)§3.1底座旋转台设计. (8)§3.1.1 电机选择...................................错误!未定义书签。
三自由度机械臂毕业设计毕业设计题目：三自由度机械臂设计与控制一、设计背景三自由度机械臂是工业机器人中常见的一种结构，通常由三个关节驱动器构成，可以实现在三个方向上的运动。
该设计旨在研究三自由度机械臂的结构设计和控制算法，提高其运动精度和稳定性，以满足工业生产中对机器人精准操作的需求。
二、设计内容1.机械结构设计：根据机械臂的工作范围和负载要求，设计合适的机械结构，包括三个关节的连杆长度、角度范围等，确保机械臂能够在工作空间内自由灵活地运动，并能承受所需的负载。
2.关节驱动器选择：选择合适的关节驱动器，比如伺服电机、步进电机等，确保驱动器能够提供足够的转矩和精确的控制，以实现机械臂的精准运动。
3.控制系统设计：设计相应的控制系统，包括运动规划、轨迹跟踪、碰撞检测等算法，实现机械臂在各种工作场景下的自动化操作。
同时，考虑到三自由度机械臂的运动学模型，设计合理的控制策略，提高机械臂的运动精度和稳定性。
4.系统集成和调试：将机械结构、关节驱动器和控制系统进行集成，通过实验验证机械臂的性能和稳定性，调试控制算法，不断优化设计方案，使机械臂达到预期的工作效果。
三、设计目标1.实现三自由度机械臂在三维空间内的高精度运动，能够完成各种复杂的工作任务。
2.提高机械臂的运动速度和稳定性，减少运动过程中的振动和误差，提高工作效率。
3.实现机械臂与外部环境的智能交互，通过传感器实时监测工作环境，避免碰撞和危险情况的发生。
4.设计简洁高效的控制系统，具有良好的实时性和可靠性，便于操作和维护。
四、预期成果通过以上设计内容和目标，预期能够完成一台具有高精度运动和稳定性的三自由度机械臂原型机，并实现其在工业生产中的应用。
同时，可以得到相关的技术研究成果，为工业机器人领域的发展贡献一份力量。
五、结语三自由度机械臂的设计与控制是一个具有挑战性和重要性的课题，需要多方面的知识和技能综合运用。
希望通过本次毕业设计，能够全面学习和掌握机械臂设计与控制的相关知识，提升自己在工程领域的实践能力和创新能力，为未来的科研和工作打下坚实的基础。
目录目录 (2)摘要 (1)第一章绪论 (2)1.1引言 (2)1.2 工业机器人的含义及技术概述 (3)1.3 工业机器人的组成 (4)1.4 工业机器人的发展及国内外发展趋势 (5)第二章工业机器人的设计 (10)2.1 机械手的设计方法 (10)2.1.1 机械手的选择与分析 (10)2.1.2 直角坐标机器人的设计方法 (11)2.2 机械手的结构设计 (15)2.2.1 机器人的总体设计 (15)2.2.2 机械手的臂部设计 (16)2.3 SC900三轴伺服驱动机器人机构的特点 (17)第三章工业机器人的运动系统分析 (19)3.1 工业机器人的运动系统分析 (19)3.1.1机器人的运动概述 (19)3.2 工业机器人运动控制 (20)3.1.2 机器人的驱动方式 (20)第四章SC900三轴伺服驱动机器人典型零件的设计 (22)4.1 伺服电机的选择 (22)4.2 减速机的选择 (24)4.3 齿轮齿条的选择 (24)4.4导轨的选择 (25)图4-3.3 ABBA直线电机BRH20A型号的导轨 (28)第五章结论 (29)参考文献 (30)致谢 (32)摘要我国的工业机器人研制虽然起步晚，但是有着广大的市场潜力，有着众多的人才和资源基础。
在十一五规划纲要等国家政策的鼓励支持下，在市场经济和国际竞争愈演愈烈的未来，我们一定能够完全自主制造出自己的工业机器人，并且将工业机器人推广应用到制造与非制造等广大的行业中，提高我国劳动力成本，提高我国企业的生产效率和国际竞争力，从整体上提高我国社会生产的安全高效，为实现伟大祖国的复兴贡献力量。
在当今大规模制造业中，机器人正在慢慢取代人们去完成一些高强度、高危险的工作。
机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。
工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成。
本文简要介绍了工业机器人的概念,设计和发展历程，机械手的结构设计和直角坐标机器人的设计方法，以及工业机器人的机械系统设计，除此之外本文还对机械手进行了总体设计方案，确定了工业机器人手臂的坐标形式和自由度，以及机械手的技术参数。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析1. 引言1.1 研究背景随着工业自动化技术的不断发展，机器人在生产制造领域的应用越来越广泛。
机械臂作为机器人的重要组成部分，承担着各种复杂任务的执行。
在仿人机器人领域，为了更好地模拟人类的运动和动作，研究人员开始关注仿人机器人四自由度机械臂的设计和性能分析。
传统的机器人臂多采用三自由度或五自由度的结构，而仿人机器人四自由度机械臂则更贴近人类的生理结构和运动特点。
通过设计一个具有四个关节的机械臂，可以更好地模拟人类的肩、肘和手腕关节的运动，实现更加灵活和精准的动作。
研究仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析，不仅可以提高机器人在工业生产中的效率和灵活性，还可以为未来的智能机器人领域带来更多的创新和发展。
本文旨在探讨该领域的相关研究现状，为进一步深入研究提供理论基础和技术支持。
1.2 研究目的本研究的目的是通过设计和性能分析仿人机器人四自由度机械臂，探讨机器人在工业自动化领域中的应用潜力。
通过对机械臂的结构设计和性能分析，探讨如何提高机械臂的精确度、速度和稳定性，以满足工业生产中对高效、精准操作的需求。
通过研究机械臂的控制方式和优缺点分析，进一步完善机械臂的设计，提高机器人的自主操作能力和适应性。
通过本研究，将为机器人技术在工业制造领域的应用提供参考，促进机器人技术的发展和应用。
通过对仿人机器人四自由度机械臂的工程应用前景和未来发展方向的探讨，为进一步研究和开发更先进的机器人技朧提供指导和启示。
1.3 研究意义仿人机器人四自由度机械臂的研究具有重要的意义。
该技术的研究可以推动机器人技术的发展，提高机器人的操作灵活性和智能化程度，使机器人在各种复杂任务中的应用更加广泛。
仿人机器人四自由度机械臂可以在医疗领域得到广泛应用，例如手术机器人可以通过仿人机器人四自由度机械臂进行精确操作，减少手术过程中的误差，提高手术成功率。
仿人机器人四自由度机械臂的研究也可以在工业领域发挥重要作用，提高生产效率，减少人力成本，实现自动化生产。
