六自由度机器人设计毕业设计论文

1前言1.1 焊接机器人的发展历史与现状现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。

美国原子能委员会下属的阿尔贡研究所为解决可代替人进行放射性物质的处理问题，在1947年研制了遥控式机械手臂；1948年又相继开发了电气驱动式的主从机械手臂，从而解决了对放射性物质的进行远距离操作的问题。

1954年，美国科学家戴沃尔最先提出工业机器人的概念，并申请了新的专利。

其主要特点是借助伺服技术来控制机器人的关节，并利用人手对机械手臂进行动作示教，机械手臂能实现人物动作的记录和再现。

这就是示教再现机械臂，现在所用的机械手臂差不多都采用这种控制方式。

伴随着现代社会的发展，为了提高生产效率，稳定和提高产品的质量，加快实现工业生产机械化，改善工人劳动条件，已经大大改进了机械手臂的性能，并大量应用于实际生产中，尤其是在高压、高温、多粉尘、高噪音和重度污染的场合。

焊接机器人的诞生可以追溯到上世纪70年代，是由日本发那科（FANUC）公司生产的小型机器人改进的，受限于当时的技术手段以及高昂的造价，使得当时的焊接机器人不能得到很好的应用。

机械手臂是一种工业机器人，它由控制器、操作机、检测传感装置和伺服驱动系统组成，是一种可以自动控制、仿人手操作、可以重复编程、可以在三维空间进行各种动作的自动化生产设备。

机械手臂首先是在汽车制造工业中使用的，它一般可进行焊接、上下料、喷漆以及搬运。

它可代替人们进行从事繁重、单调的重复劳动作业，并且能够大大改善劳动生产率，提高产品的质量[1]。

到了90年代初，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。

工业机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。

在西方国家，由于劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力，而机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广应用带来了契机，采用机器人的利润显然要比采用人工所带来的利大，使得焊机机器人得到了推广，同时技术的进步也使得焊机机器人技术得到很大提高。

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。

安徽建筑工业学院毕业设计 (论文)专业机械设计制造及其自动化班级 05城建机械2班学生姓名学号 05290070231 课题多自由度机械手机械设计指导教师摘要文中设计了一种六自由度机械手。

该机械手主要由底座，腰部，主板，大手臂，小手臂，手腕，夹爪组成，采用步进电机驱动，单片机控制。

手臂的尺寸与人手臂的大小相当。

手臂的运动主要包括：腰部转动，大手臂摆动，小手臂摆动，手腕摆动，手腕转动，夹爪夹取。

，，并放到预定位置。

，或者在有放射性的环境中完成特定工作。

文中对机械手进行了正运动学分析, 采用齐次坐标变换法得到了机械手末端位置和姿态随关节夹角之间的变换关系,并完成了总体机械结计、步进电机选型、蜗轮蜗杆及带传动比的确定以及部分重要零件的设计。

关键词：机械手六自由度步进电机同步带。

AbstractA kind of manipulator of six degrees of freedom has been designed in this paper. This manipulator is made up of the foundation, the waist, the big arm, the small arm, the wrist, and the claw; the manipulator is driven by stepper motor, and controlled by single chip. The size of the manipulator is equal in the size to the arms of people. Locomotion of the manipulator includes: waist turning, big arm swung, small arm swung, wrist swung, wrist rotating, claw fetching. The radius of action is , and the accuracy is 5 mm. It can pick the light-weight object, and put it to the recalculated position. The manipulator has overload protection function, and space position self-lock function. This arm can be used in teaching, or in radioactive environments. In this paper, robot kinematic analysis is carried out using homogeneous coordinate transformation method was the end manipulator joint position and attitude with the changing relationship between the angle and stepper motor designing, physical construction designing had been completed.Keywords: manipulator, six degrees of freedom, stepper motor, locking band.目录目录 (4)1 绪论 (6)国内机械手研状 (6)机械手的构成 (7)机械手的发展趋势 (9)本设计课题的背景和意义 (9)2 机械手的总体方案设计 (10)机械手基本形式的选择 (10)机械手的主要部件及运动 (11)驱动机构的选择 (12)传动机构的选择 (12)3机械手的数学建模 (12)机器人数学基础 (12)机器人的运动学方程 (13)4 机械手的整体设计计算 (15)手部设计基本要求 (15)典型的手部结构 (16)机械手手指的设计计算 (16)选择手抓的类型和加紧机构 (16) (16)驱动电机的选择 (17)手指张合电机的选择 (17)手腕电机的选择 (19)大手臂摆动电机的选择 (19)小手臂摆动电机的选择 (20)手腕摆动电机的选择 (20)底座转动电机的选择 (21)涡轮蜗杆、带轮的选择及传动比的确定 (21)底座电机处涡轮蜗杆的传动的确定 (21)大手臂电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (22)小手臂电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (23)手腕摆动电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (24)小手臂摆动处轴的校核 (25)5 总结与展望 (29)谢辞 (30)[参考文献] (31)附录一科技文献翻译 (32)附录二毕业设计任务书与开题报告 (46)多自由度机械手机械设计1 绪论机械手 (manipulator)是一种能按给定的程序或要求，自动地完成物体(材料、工件、零件或工具等)传送或操作作业的机械装置，它能部分地代替人来进行繁重、危险、重复等手工作业。

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。

六自由度搬运机械手设计绪论
六自由度搬运机械手是一种能够完成多种复杂工业任务的机械设备，它具有灵活性高、精度高、工作效率高等优点，因此在工业生产领域得到了广泛应用。

本绪论将着重介绍六自由度搬运机械手的定义、结构组成、工作原理以及应用领域。

首先，六自由度搬运机械手是一种机器人，它由多个关节组成，具有六个自由度，能够实现在空间中的六个方向自由运动。

这样的设计使得机械手能够完成复杂的三维工作任务，如搬运、装配、焊接等。

六自由度搬运机械手的工作原理主要是通过控制各个关节的运动来实现机械手的整体运动。

通常采用的控制方法有位置控制、力控制和轨迹控制等。

位置控制是通过控制电机的转动角度来控制机械手的位置。

力控制则是通过传感器感知物体的力和力矩，从而控制机械手的接触力大小。

轨迹控制则是通过预先规划好的轨迹来控制机械手的运动。

六自由度搬运机械手的应用领域非常广泛，其中包括汽车制造、电子装配、航空航天、医疗器械制造等。

在汽车制造过程中，机械手可以完成汽车车身的焊接、喷涂等工作。

在电子装配过程中，机械手可以完成电子元件的拾取、安装等工作。

在航空航天领域，机械手可以完成飞机部件的装配和维修等任务。

在医疗器械制造中，机械手可以用于搬运和组装医疗器械等。

总之，六自由度搬运机械手是一种功能强大的机械设备，它具有多个自由度和灵活的运动能力，可以完成多种复杂的工业任务。

随着科技的不断发展和进步，机械手在工业生产中的应用将会越来越广泛，对于提高生
产效率和质量具有重要意义。

因此，研究和设计六自由度搬运机械手将对推动工业自动化发展起到积极的推动作用。

《六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究》篇一一、引言六自由度串联机器人（Serial Robot with 6 Degrees of Freedom, 6R机器人）是现代工业自动化领域中重要的设备之一。

其具有高度的灵活性和适应性，能够完成复杂且精确的任务。

然而，随着应用需求的不断提高，对机器人的运动性能和轨迹跟踪控制提出了更高的要求。

因此，对六自由度串联机器人的运动优化与轨迹跟踪控制进行研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、六自由度串联机器人概述六自由度串联机器人是一种由多个连杆通过关节连接而成的机械系统，具有六个独立的运动轴。

其运动学模型复杂，涉及多个关节的协同运动。

此外，由于受到外界干扰、模型误差等因素的影响，机器人的轨迹跟踪控制存在一定难度。

因此，需要对机器人的运动性能进行优化，并设计有效的轨迹跟踪控制策略。

三、运动优化研究针对六自由度串联机器人的运动优化问题，可以从以下几个方面展开研究：1. 动力学模型建立：建立精确的动力学模型是进行运动优化的基础。

通过分析机器人的结构、关节特性等因素，建立动力学方程，为后续的优化提供依据。

2. 优化算法设计：针对机器人的运动性能指标（如速度、加速度、能耗等），设计合适的优化算法。

例如，可以采用基于梯度的优化算法、遗传算法、模拟退火算法等，对机器人的运动轨迹进行优化。

3. 约束条件处理：在实际应用中，机器人需要满足一定的约束条件（如关节角度范围、速度限制等）。

在优化过程中，需要充分考虑这些约束条件，确保机器人的运动在安全范围内。

四、轨迹跟踪控制研究对于六自由度串联机器人的轨迹跟踪控制问题，可以从以下几个方面进行探讨：1. 控制器设计：设计有效的控制器是实现轨迹跟踪控制的关键。

常用的控制器包括PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。

针对六自由度串联机器人的特点，可以选择合适的控制器进行设计。

2. 反馈机制：通过引入传感器等设备，实时获取机器人的位置、速度等信息，形成反馈机制。

《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，六自由度（6-DOF）机械臂因其灵活性和高效性，在工业生产、医疗、军事等领域得到了广泛应用。

本文旨在设计一个六自由度机械臂控制系统，并对其运动学进行仿真分析。

二、六自由度机械臂控制系统设计1. 硬件设计六自由度机械臂控制系统主要由机械臂本体、驱动系统、控制系统和传感器系统等组成。

其中，机械臂本体采用模块化设计，由六个可旋转的关节组成，实现了空间三维运动的六自由度。

驱动系统采用直流无刷电机和行星齿轮减速器，为机械臂提供动力。

控制系统以STM32F4系列微控制器为核心，实现了对驱动系统的控制。

传感器系统包括角度传感器和力传感器，用于获取机械臂的姿态和外界的力信息。

2. 软件设计软件设计主要包括控制算法设计和人机交互界面设计。

控制算法采用基于PID算法的闭环控制策略，实现了对机械臂运动的精确控制。

人机交互界面采用图形化界面，方便用户进行操作和监控。

三、运动学仿真1. 运动学模型建立运动学模型是描述机械臂运动规律的重要工具。

本文采用D-H（Denavit-Hartenberg）法建立六自由度机械臂的运动学模型，通过建立各关节的坐标系和变换矩阵，推导出机械臂末端执行器的位置和姿态。

2. 仿真分析利用MATLAB/Simulink等仿真软件，对六自由度机械臂的运动学模型进行仿真分析。

通过设定不同的关节角度和速度，模拟机械臂在空间中的各种运动轨迹和姿态。

同时，对机械臂的动态性能和静态性能进行分析，评估其运动稳定性和精度。

四、实验验证与结果分析1. 实验验证为了验证六自由度机械臂控制系统的性能，我们进行了实际实验验证。

首先，对控制系统进行调试和优化，确保其能够稳定地控制机械臂的运动。

然后，通过实际运动实验，观察机械臂的运动轨迹和姿态是否符合预期。

2. 结果分析实验结果表明，六自由度机械臂控制系统能够稳定地控制机械臂的运动，实现了高精度的空间三维运动。

安徽建筑工业学院毕业设计 (论文)专业机械设计制造及其自动化班级 05城建机械2班学生姓名赵远宇学号 05290070231 课题多自由度机械手机械设计指导教师黄斌2009 年 5 月 28 日摘要文中设计了一种六自由度机械手。

该机械手主要由底座，腰部，主板，大手臂，小手臂，手腕，夹爪组成，采用步进电机驱动，单片机控制。

手臂的尺寸与人手臂的大小相当。

手臂的运动主要包括：腰部转动，大手臂摆动，小手臂摆动，手腕摆动，手腕转动，夹爪夹取。

此手臂的空间活动半径0.5m，定位精度为5mm.它能够抓取重量较轻的物体，并放到预定位置。

该机械手有过载保护以及断电空间位置的自锁功能.可以用于教学演示，或者在有放射性的环境中完成特定工作。

文中对机械手进行了正运动学分析, 采用齐次坐标变换法得到了机械手末端位置和姿态随关节夹角之间的变换关系,并完成了总体机械结计、步进电机选型、蜗轮蜗杆及带传动比的确定以及部分重要零件的设计。

关键词：机械手六自由度步进电机同步带。

AbstractA kind of manipulator of six degrees of freedom has been designed in this paper. This manipulator is made up of the foundation, the waist, the big arm, the small arm, the wrist, and the claw; the manipulator is driven by stepper motor, and controlled by single chip. The size of the manipulator is equal in the size to the arms of people. Locomotion of the manipulator includes: waist turning, big arm swung, small arm swung, wrist swung, wrist rotating, claw fetching. The radius of action is 0.5m, and the accuracy is 5 mm. It can pick the light-weight object, and put it to the recalculated position. The manipulator has overload protection function, and space position self-lock function. This arm can be used in teaching, or in radioactive environments. In this paper, robot kinematic analysis is carried out using homogeneous coordinate transformation method was the end manipulator joint position and attitude with the changing relationship between the angle and stepper motor designing, physical construction designing had been completed.Keywords: manipulator, six degrees of freedom, stepper motor, locking band.目录目录 (4)1 绪论 (6)1.1 国内机械手研状 (6)1.2 机械手的构成 (7)1.3 机械手的发展趋势 (9)1.4 本设计课题的背景和意义 (9)2 机械手的总体方案设计 (10)2.1 机械手基本形式的选择 (10)2.2 机械手的主要部件及运动 (11)2.3 驱动机构的选择 (12)2.4 传动机构的选择 (12)3机械手的数学建模 (12)3.1 机器人数学基础 (12)3.2 机器人的运动学方程 (13)4 机械手的整体设计计算 (15)4.1 手部设计基本要求 (15)4.2 典型的手部结构 (16)4.3 机械手手指的设计计算 (16)4.3.1 选择手抓的类型和加紧机构 (16)4.3.2手抓加紧力与驱动力的力学分析 (16)4.4 驱动电机的选择 (17)4.4.1 手指张合电机的选择 (17)4.4.2 手腕电机的选择 (19)4.4.3 大手臂摆动电机的选择 (19)4.4.4 小手臂摆动电机的选择 (20)4.4.5 手腕摆动电机的选择 (20)4.4.6 底座转动电机的选择 (21)4.5 涡轮蜗杆、带轮的选择及传动比的确定 (21)4.5.1 底座电机处涡轮蜗杆的传动的确定 (21)4.5.2 大手臂电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (22)4.5.3 小手臂电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (23)4.5.4 手腕摆动电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (24)4.6 小手臂摆动处轴的校核 (25)5 总结与展望 (29)谢辞 (30)[参考文献] (31)附录一科技文献翻译 (32)附录二毕业设计任务书与开题报告 (46)多自由度机械手机械设计1 绪论机械手 (manipulator)是一种能按给定的程序或要求，自动地完成物体(材料、工件、零件或工具等)传送或操作作业的机械装置，它能部分地代替人来进行繁重、危险、重复等手工作业。

六自由度喷涂机器人结构设计及控制共3篇六自由度喷涂机器人结构设计及控制1六自由度喷涂机器人结构设计及控制随着制造业的发展，机器人已经被广泛应用于生产线的自动化生产中。

其中，喷涂机器人是其中的一种典型应用。

而当涉及到六自由度喷涂机器人的结构设计及控制时，更需要考虑其复杂性和高精度的要求。

一、六自由度喷涂机器人结构设计1、机械结构六自由度喷涂机器人的机械结构主要包括：（1）底座、支架：底座承载整个机器人，用来支持其机械运动系统的移动；而支架则承载喷涂枪，完成喷涂操作。

（2）关节连接处：分别为底座转轴、肩部转轴、肘部转轴、腕部转轴、手部旋转轴和手部前后移动轴，用来实现机器人的六个自由度。

（3）运动机构：用来实现机械手运动的机构，其中包括减速机、电动机、蜗轮蜗杆等。

2、喷涂系统喷涂系统主要由喷涂枪、贮液桶、涂料管路和涂布机构等组成。

其核心部分是喷涂枪，通常使用喷雾型或高压喷涂型枪头，可以通过电磁阀控制气液流量来完成涂布操作。

3、控制系统机器人控制系统是机器人运作的核心，主要包括控制器、编码器、传感器、处理器等组件。

它可以实现自主控制、运动规划、轨迹控制及误差修正等功能。

二、六自由度喷涂机器人控制1、运动规划机器人的自由度有六个，因此机器人的控制需要先进行轨迹规划，确定机器人的运动轨迹。

轨迹规划通常采用树形规划、势场规划、自适应控制等算法。

2、轨迹控制机器人运动轨迹的控制是机器人完成喷涂任务的基础。

通过轨迹控制，可以根据预先设定的速度、加速度和运动方向等参数来控制机器人的运动。

轨迹控制常常采用PID控制算法、滑动模式控制算法等。

3、误差修正机器人运动过程中难免会出现机械臂的摆动、移动误差等问题。

因此，需要对机器人的运动轨迹进行精细调整，使用传感器对机器人运动误差进行实时监测，通过机器人控制器对机器人运动轨迹进行误差修正。

三、结论六自由度喷涂机器人的设计和控制都需要实现高精度和高效率。

因此，机器人控制系统的优化和控制算法的改进是机器人技术进一步发展的关键。

六自由度机器人系统设计研究摘要随着工业机器人应用领域的不断扩大以及现代工业的快速发展，人们对工业机器人性能的要求越来越高，高速、高精度、智能和模块化成为目前工业机器人发展的主要趋势。

本文研究六轴工业机器人的系统设计，可以提高工业机器人性能的利用率和工作效率，对于工业机器人在工业生产中的应用具有广泛的实际意义。

关键词六自由度机器人；驱动；系统设计工业机器人是多学科交叉的综合性学科，集力学、机械工程、电子工程、机械自动化、计算机科学技术、传感器技术、人工智能等多种先进技术于一体。

随着工业机器人的快速发展，其在汽车制造、机械加工、焊接、热处理、上下料、打磨抛光、搬运码煤、装配、喷涂、检测等作业中得到越来越多的应用。

下面主要以六自由度机器人为例对其系统进行分析。

1 机器人系统从原理上讲，其由四部分组成：控制装置部分机械、本体部分、执行装置部分、传感器部分。

1.1 控制装置部分包括通讯、人机交互以及控制系统三部分，其功能是响应上位机的信号，并使机器人系统按照要求完成动作。

1.2 机械本体部分包括底座、臂部、手腕、末端操作器等部分，每一部分都有若干自由度，构成一个多自由度的机械系统。

1.3 执行装置部分即用来驱动机械系统动作的驱动系统，根据驱动源的不同，驱动系统可以分为电气、液压、气压三种以及把他们结合起来应用的综合系统。

1.4 传感器检测外部信号，并以某种形式发送给控制系统，作为拉制系统的外部输入信号[1]。

2 机器人总体方案设计2.1 设计原则（1）可靠性原则：可靠性问题对于结构复杂，环节较多的机器人极其重要，其贯穿到设计开发的各个环节：方案确定-本体设计-部件选择-制造-调速。

（2）转动惯量最小原则：为使机器人工作效率大幅提高，机器人在由一个工序结束处运动到另一个工序开始处时常以极高的速度运动，产生严重的振动和冲击。

为减少机器人冲击和振动，提高运动的平稳性及动力学特性，需采用转动惯量最小原则。

方法之一就是尽量减少各零部件的质量。

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。最初我国在机器人技术方面的主要目的是跟踪国际先进的机器人技术，随后，我国在机器人技术及其应用方面取得了很大成就。主要研究成果有：哈尔滨工业大学研制的两足步行机器人，北京自动化研究所1993 年研制的喷涂机器人，1995 年完成的高压水切割机器人，国家开放实验和研究单位沈阳自动化研究所研制的有缆深潜300m 机器人，无缆深潜机器人，遥控移动作业机器人，2000 年国防科技大学研制的两足类人机器人，北京航空航天大学研制的三指灵巧手，华理工大学研制的点焊、弧焊机器人，以及各种机器人装配系统等。 我国目前拥有机器人 4000 台左右，主要在工业发达地区应用，而全 世界应用机器人数量为83 万台，其中主要集中在美国、日本等工业发达国家。在机器人研究方面，我国与发达国家还有一定差距。 1.2 工业机器人概述： 在工业领域广泛应用着工业机器人。工业机器人一般指在工厂车间 环境中，配合自动化生产的需要，代替人来完成材料或零件的搬运、加工、装配等操作的一种机器人。工业机器人的定义为：“一种自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。” 操作机定义为：“具有和人的手臂相似的动作功能，可在空间抓放物 体或进行其它操作的机械装置。” 一个典型的机器人系统由本体、关节伺服驱动系统、计算机控制系 统、传感系统、通讯接口等几部分组成。一般多自由度串联机器人具有4～6 个自由度，其中2～3 个自由度决定了末端执行器在空间的位置，其余2～3 个自由度决定了末端执行器在空间的姿态。 1.3 研究课题的提出 本研究课题是根据省教育厅《物流机器人操作研究与开发》课题的 需要而提出的。工业机器人在FMS 中的一种典型应用如图1-1 所示。

(二 〇 一 三 年 六 月本科毕业设计说明书学校代码： 10128学号：题 目：模块式六自由度机器人控制系统设计 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： 指导教师： 职 称：摘要近二十年来，机器人技术的发展非常迅速,各种用途机器人在各个领域获得广泛应用。

我国在机器人的应用和研究方面与工业化发达国家相比还有一定差距,因此设计和研究各种用途的机器人特别是推广机器人、工业机器人的应用是有现实的意义。

典型的工业机器人例如喷装配机器人、漆机器人、焊接机器人等大多是固定在加工设备旁边或生产线作业的，本论文在参考大量的文献资料的基础上,结合了项目的要求，设计一种小型的、固定在AＧV上的、以实现移动的串联六自由度机器人。

首先，针对机器人设计要求提出了多个方案,并且对其进行分析和比较,选择其中最优的结构设计方案;然后进行运动学分析,用Ｄ一H方法来建立坐标变换矩阵，推算出运动方程的正解和逆解；用矢量积法推导速度雅可比矩阵,并计算包括腕点在内的一些点的速度和位移；然后借助坐标的变换矩阵进行工作空间的分析.这些工作为移动式机器人的运动控制、结构设计和动力学分析提供了依据。

最后运用已有的六自由度机械手及其手爪的三维造型和装配,将模型导入proteuｓ中,并进行运动学仿真对其结果进行了分析,并且对在机械设计中使用的虚拟样机技术做了尝试，积累了经验。

关键词:6自由度机器人；运动学分析；仿真ABSTＲACTIn the Paｓｔtwenｔy yｅars，thｅｒobot tecｈnology ｈas ｂeen ｄeveloped g ｒｅａtly andｕseｄin ｍany dｉｆｆerent fieｌds。

Thｅrｅis a larｇe gａp between ouｒcｏunｔｒｙａnd the developed countｒiｅs in reseａrch and applic ａｔiｏn ofｔhｅroｂoｔｔｅchｎolｏgｙso thａt thｅrｅwill be ａgrｅａt valｕｅto stｕdy,ｄｅsｉgｎand appｌied dｉfｆeｒent kinｄｓｏf roｂots,especiａlly ｉndｕsｔriａl roｂoｔs.Most tｙpicａl induｓtrｉal rｏbｏts such as welｄing roboｔ，painｔinｇrobot and asseｍbly robot ａｒe alｌｆixed onｔhｅｐrｏdｕct line or ｎｅar thｅｍa ｃhiningｅqｕｉpment whｅn thｅy arｅｗorｋiｎg。

本科毕业论文（设计）题目（中文）六自由度机器人运动分析及优化（英文） Motionanalysis and optimization of6-DOF robot学院信息与机电工程学院院年级专业 2013级汽车服务工程（中德） )学生姓名吴子璇正学号 130154494 7指导教师安康安完成日期 2017 年 3 月摘要当今世界,工业化日趋成熟，机器人被广泛的应用于各行各业，最常用到的有四自由度，六自由度机器人.其中,自动化水平较高的汽车制造业和电子装配业经常常常要使用到六自由度机器人。

因此对其实施运动学分析，是进行科学设计的基础，也是降低机器人生产成本，优化机器人运动轨迹的前提。

此外，运动分析过程有效的模拟了机器人运动的真实情况，有助于提供有效可行的优化方案。

本文主要探讨六自由度机器人的运动分析,基于经典运动学以及动力学的研究方法概念，首先通过solidworks做出机械臂各部分零件的三维图，然后通过SolidWorks装配出六自由度机器人机械臂的三维模型. 通过该模型,选取其中一个关节和底座，并用SolidWorks进行运动学分析，对六自由度机器人的运动学和动力学计算方法进行了仿真验证。

最后得到六自由度机器人的其中一个自由度的运动仿真实例。

通过对该运动仿真实例的分析,得出最佳优化方案，优化机器人的运动轨迹提高机器人的工作效率，降低机器人生产成本.关键词：六自由度机器人；运动分析；运动学；动力学；目录摘要 (I)Abstract ................................... 错误!未定义书签。

1 绪论 (1)1。

1 课题背景及研究的目的和意义 (1)1.2机器人国内外发展现状及前景展望-—---——-—-——-——-———-—-—-——12 六自由度机器人运动学分析 (3)2。

1六自由度机器人的结构-—--—-—-------—---———-—-——--—--——-——-12。

六自由度关节型喷涂机器人结构设计及分析一、本文概述随着现代工业的快速发展，喷涂技术已成为工业生产中不可或缺的一环。

喷涂机器人的出现，极大地提高了喷涂作业的效率和质量，降低了工人的劳动强度和安全风险。

六自由度关节型喷涂机器人作为喷涂机器人的一种，以其高度的灵活性和精确性，在众多工业领域得到了广泛的应用。

本文旨在深入探讨六自由度关节型喷涂机器人的结构设计及其分析。

我们将对六自由度关节型喷涂机器人的基本结构进行概述，包括其主要的组成部分、功能特点以及设计原则。

接着，我们将详细介绍各个关键部件的设计思路及实现方法，包括驱动系统、传动机构、喷涂装置等。

在此基础上，我们将对机器人的运动学模型进行分析，探讨其运动特性和控制策略。

本文还将对六自由度关节型喷涂机器人的性能进行评估，包括其喷涂精度、稳定性、工作效率等方面。

通过实际案例的分析和对比，我们将展示六自由度关节型喷涂机器人在实际生产中的优势和应用前景。

本文还将对六自由度关节型喷涂机器人的发展趋势进行展望，探讨其在未来工业领域的潜在应用和发展方向。

希望通过本文的研究和分析，能够为六自由度关节型喷涂机器人的设计和应用提供有益的参考和借鉴。

二、六自由度关节型喷涂机器人结构设计六自由度关节型喷涂机器人的结构设计是其功能实现和性能优化的基础。

该设计旨在创建一个灵活、精确且高效的喷涂系统，以满足复杂工件的表面喷涂需求。

整体架构设计：机器人整体采用模块化设计，便于后期维护和升级。

主体结构包括基座、腰部、大臂、小臂、腕部和喷枪等部分。

基座负责提供稳定的支撑，并通过高精度轴承与腰部连接，确保机器人在工作过程中的稳定性。

关节设计：每个关节均采用伺服电机驱动，通过减速器实现动力的传递和速度的调节。

关节之间通过高精度连杆连接，确保机器人在各个方向上的运动连续且平稳。

关节内部设有传感器，用于实时监测关节的角度和速度，为控制系统提供反馈数据。

喷枪设计：喷枪作为机器人的执行机构，其设计直接影响到喷涂效果。

六自由度轻载搬运机器人控制系统设计六自由度轻载搬运机器人是一种能够在工业生产线上执行搬运任务的机器人。

它具有六个关节，分别可以实现旋转和转动的动作，能够在空间中灵活移动和操作物体。

为了使机器人能够高效、稳定地完成任务，需要设计一个合理有效的控制系统。

首先，控制系统需要具备准确的位置和姿态控制能力。

机器人的六个关节在运动中需要精确控制，以达到预定的目标位置和姿态。

为此，可以采用闭环控制的方法，将机器人的位置和姿态信息与目标值进行比较，然后通过控制算法输出控制信号，驱动机器人运动到目标位置。

常用的控制算法有PID控制算法和模糊控制算法，可以根据实际情况选择合适的算法。

其次，控制系统还需要具备高速计算和实时响应的能力。

机器人的搬运任务通常需要快速准确地响应，因此控制系统需要能够在短时间内完成位置和姿态的计算，并及时输出控制信号。

为了实现高速计算和实时响应，可以采用高性能的控制器和实时操作系统，并合理优化控制算法和通信协议。

另外，为了提高机器人的操作性能和稳定性，控制系统还需要具备力控制和力矩控制的能力。

搬运任务往往需要机器人控制力和力矩，以保持物体的平衡和稳定。

因此，控制系统需要能够实时感知和测量机器人末端的力和力矩，并根据需要输出相应的控制信号。

常用的力控制和力矩控制方法包括阻抗控制和自适应控制，可以根据实际任务需求进行选择和应用。

此外，为了提高机器人的自主性和智能性，控制系统还可以集成传感器和图像处理技术。

传感器可以用于检测环境信息，以便机器人根据环境变化进行相应的调整和控制。

图像处理技术可以用于识别和定位物体，以实现更精确的搬运操作。

通过集成传感器和图像处理技术，控制系统可以实现更高级别的自主决策和智能导航。

总之，六自由度轻载搬运机器人控制系统的设计需要考虑位置和姿态控制、高速计算和实时响应、力控制和力矩控制、传感器和图像处理等方面的要求。

通过合理选择控制算法、优化控制器和操作系统，使用适当的传感器和图像处理技术，可以设计出高效稳定的控制系统，使机器人能够在工业生产中完成各种搬运任务。