下载文档原格式
六自由度机械臂控制系统设计绪论1.1 课题研究背景及意义纵观人类历史的长河，随着科技的不断发展，为了提高生产力，提高工作效率，人们研发出了机器人，并对其进一步研究，从三国时诸葛孔明的“木牛流马”，春秋战国时期鲁班大师的“竹雀”，到了如今的家庭扫地机器人，博物馆介绍文物的机器人，物流搬运机器人等等，机器人的发展越来越迅速，越来越融入到人们的生活中，正在不断的进步，而机械臂作为机器人的一个重要分支领域，它有着广泛的市场与应用发展前景。
1.2 国内外研究现状与分析1.2.1 国内机械臂的现状与分析机械臂建模：机械臂的建模是控制系统设计的重要基础，国内的研究工作主要涉及机械臂的几何建模和动力学建模。
其中，几何建模主要包括DH参数法和欧拉角法，动力学建模主要涉及牛顿-欧拉法和拉格朗日法等；运动学和动力学分析：机械臂的运动学和动力学分析是机械臂控制的重要理论基础，国内的研究工作主要集中在机械臂末端位姿的计算、运动学正逆问题的求解以及机械臂动力学的建模与分析等方面；机械臂建模：国外的机械臂建模研究主要集中在几何建模和动力学建模两个方面，与国内相似。
第一章六自由度机械臂运动学分析2.1 机械手臂的坐标变换2.11 机械手臂的结构RP关节是组成机械臂/机器人的基础，其中R是旋转关节，P是平移关节。
请注意：基础关节肯定是只有一个自由度的，旋转关节只绕其中某一个轴进行旋转，平移关节只在一条直线上进行运动。
2.12 机械手臂的坐标变换一般描述空间位置采用的都是笛卡尔坐标系，也就是由三个互相垂直的坐标轴组成的坐标系，其基础就是我们所熟知的右手定则，在三维坐标系中，Z轴的正轴方向是根据右手定则确定的。
对坐标系进行坐标变换如图2-1所示，由坐标系绕Z轴（图中未标出）旋转得到新的坐标系图2-1 坐标变换把坐标系的轴的单位向量在中表示出来如公式2-1与2-2：（2-1）（2-2）以坐标系为参照，根据公式2-1与2-2可以定义一个2x2的矩阵如下：（2-3）通过2-3矩阵可以由坐标得到唯一坐标，此矩阵也就是旋转矩阵。
六自由度机械臂控制系统设计随着世界各地恐怖事件的不断爆发，采用六自由度机械臂实现对爆炸物的排除已成为现如今防恐事业的一项重要手段，机械臂在进行作业的过程中，排爆需要灵活的操作和细致的动作。
机械臂的自由度往往在四五个左右，为了满足排爆工程的需求，就需要加强机械臂的操作自由度，因此设计六自由度机械臂就显得尤为重要。
标签：六自由度；机械臂；控制系统设计1.六自由度机械臂控制系统设计要求六自由度机械臂的运动控制硬件分别是机械手的运动控制、驱动电路的底层控制、远程通信以及远程控制、视觉传感和辅助传感系统和上层控制的人机交互。
在整个自由度机械臂控制系统中，上位机控制系统的主要功能是给操作者提供良好的人机交互界面，而且机械臂的操作能够通过配套的便携手柄而实现，所以上位机要对手柄所发射的信号进行有机的掌握和控制，对下位机系统的控制还需要上位机系统给出，同时还要将下位机及机械臂运动状态信息能够及时反馈给操作者。
操作手柄和下位机作为移动设备而言，上位机控制系统除了能够提供有线的控制，还要提供相应的无线通信系统，其控制的有效距离在100米左右实现控制的指令和运动反馈的信号达成。
在移动载体的设计上，除了放置机械手实现对抓取的射线图像检测仪，机械臂和车身上还装置了两台CCD摄像机和两个自由度的云台，并相应地配备录像机以对排爆过程进行全程的记录。
这些信息的反馈就是通过无线图像模块实现的。
在机械臂手部的设计过程中，因为机器人的抓手在整个机械臂系统中作为最末端的执行器，在抓取和实现操作工作的时候，其可以根据需要分为钳式和吸附式。
在这个层面上我们主要考虑的是机械臂在进行工具抓取的时候，需要采用钳式的爪手，在爪手上的电机，我们选择的是MICRO-STd伺服电机，在电机的尺寸设计上，要保证电力能够在最小的空间占比和最轻的质量占比，从而满足于机械臂的灵活性。
在机器人的机械臂设计中，机械臂是由四到五个伺服的电机组成的，对伺服电机的控制能够保障机械臂在不同使用需求上的不同位置和方向的自由变化。
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，机械臂已成为自动化生产线上不可或缺的一部分。
六自由度机械臂因其高度的灵活性和适应性，在工业、医疗、军事等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍六自由度机械臂控制系统的设计与运动学仿真，旨在为相关领域的研究和应用提供参考。
二、六自由度机械臂结构及特点六自由度机械臂主要由关节、驱动器、控制系统等部分组成。
其结构包括六个可独立运动的关节，通过控制每个关节的旋转角度，实现空间中任意位置的到达。
六自由度机械臂具有较高的灵活性和工作空间，适用于复杂环境下的作业。
三、控制系统设计（一）硬件设计控制系统硬件主要包括微处理器、传感器、执行器等部分。
微处理器负责接收上位机指令，解析后发送给各个执行器；传感器用于检测机械臂的位置、速度、加速度等信息，反馈给微处理器；执行器则根据微处理器的指令，驱动机械臂进行运动。
（二）软件设计软件设计包括控制系统算法和程序设计。
控制系统算法包括运动规划、轨迹跟踪、姿态控制等，通过算法实现对机械臂的精确控制。
程序设计则包括上位机程序和下位机程序，上位机程序负责发送指令，下位机程序负责接收指令并执行。
四、运动学仿真运动学仿真是指通过数学模型对机械臂的运动过程进行模拟，以验证控制系统的正确性和可靠性。
运动学仿真主要包括正运动学和逆运动学两部分。
（一）正运动学正运动学是指通过关节角度计算机械臂末端的位置和姿态。
通过建立机械臂的数学模型，利用关节角度计算末端执行器的位置和姿态，为后续的轨迹规划和姿态控制提供依据。
（二）逆运动学逆运动学是指根据机械臂末端的位置和姿态，计算关节角度。
通过建立逆运动学方程，将末端执行器的目标位置和姿态转化为关节角度，实现对机械臂的精确控制。
五、实验与分析通过实验验证了六自由度机械臂控制系统的设计和运动学仿真的正确性。
实验结果表明，控制系统能够实现对机械臂的精确控制，运动学仿真结果与实际运动过程相符。
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。
六自由度采摘机械臂长参数解释说明1. 引言1.1 概述机械臂是一种重要的工业自动化装备，具有广泛的应用领域。
随着科技的不断发展，六自由度采摘机械臂作为先进的机械臂形式，逐渐引起了人们的关注。
它具有六个独立的运动自由度，可以模拟人体手臂的运动特点，能够完成各种复杂的任务。
因此，对六自由度采摘机械臂进行长参数设计具有重要意义。
本文将详细介绍六自由度采摘机械臂长参数设计原则和过程，在理论上和实践中都具有一定的借鉴意义。
1.2 文章结构本文主要包括以下几个部分：引言、自由度机械臂简介、采摘机械臂长参数设计原则、解释六自由度采摘机械臂长参数设计过程以及结论。
通过这些内容的介绍和解释，旨在帮助读者更好地理解和应用六自由度采摘机械臂长参数设计。
1.3 目的本文旨在通过深入探讨和分析，对六自由度采摘机械臂长参数设计进行解释说明。
通过对长参数的定义和作用、满足采摘需求的选择方法以及考虑因素与约束条件等方面的论述，帮助读者了解和掌握六自由度采摘机械臂长参数设计的基本原则和过程。
同时，通过展望该领域未来发展方向，为相关研究提供一定的参考依据。
以上是文章引言部分内容，旨在介绍本文选题的背景和意义，并简要概述文章结构和目标。
2. 自由度机械臂简介2.1 机械臂定义与分类在工业领域和自动化应用中，机械臂是一种多关节的可编程机械装置，可以模拟人类手臂的动作完成各种任务。
机械臂通常由基座、多个关节和执行器构成，通过这些部件协调运动以完成特定的操作。
根据自由度的不同，机械臂可分为一维、二维和三维机械臂。
2.2 六自由度机械臂特点六自由度机械臂是指具有六个独立运动自由度的机械臂。
六个自由度分别对应于沿着空间坐标系中x、y、z轴方向的平移运动以及绕x、y、z轴的旋转运动。
这使得六自由度机械臂能够在工作空间内实现更大范围的灵活运动，并具备较强的适应性和精准性。
2.3 六自由度机械臂应用领域六自由度机械臂广泛应用于工业生产线上的物料处理、装配操作等领域。
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。
六自由度机械臂结构1. 引言六自由度机械臂是一种多关节机械系统，具有灵活性和精确度，被广泛应用于工业自动化、医疗手术、空间探索等领域。
其结构设计是实现机械臂运动的关键因素之一。
本文将介绍六自由度机械臂的结构设计原理和常见的构型。
2. 六自由度机械臂的运动六自由度机械臂的运动由六个关节驱动，可以实现在三维空间内的多种运动。
六个关节分别对应机械臂不同自由度的运动，包括旋转和平移运动。
四个旋转关节（Revolute Joint）负责机械臂在空间中的旋转运动，包括基座关节（Base Joint）、肩关节（Shoulder Joint）、肘关节（Elbow Joint）和腕关节（Wrist Joint）。
两个平移关节（Prismatic Joint）负责机械臂在空间中的平移运动，包括手腕平移关节（Wrist Translation Joint）和手腕旋转关节（Wrist Rotation Joint）。
3. 六自由度机械臂的结构六自由度机械臂的常见结构包括直臂式（Straight-arm Configuration）和倾斜臂式（Scara Configuration）两种。
下面将对这两种结构进行介绍。
3.1 直臂式结构直臂式结构是六自由度机械臂最常见的结构之一。
它的特点是各个关节轴线相互平行，形成一个直线状。
这种结构适合进行大范围的空间操作。
直臂式机械臂的关节之间相对固定，不会相互干涉，可以实现高度精确的运动。
3.2 倾斜臂式结构倾斜臂式结构是另一种常见的六自由度机械臂结构。
它的特点是肩关节和肘关节的轴线不平行，形成一个倾斜角。
这种结构适合进行限定范围内的操作，通常用于需要更大的水平独立度。
4. 六自由度机械臂的应用六自由度机械臂广泛应用于许多领域，包括工业自动化、医疗手术、空间探索等。
下面将介绍六自由度机械臂在这些领域的应用示例。
4.1 工业自动化六自由度机械臂在工业自动化中可以实现精确的物体抓取、组装和搬运，提高生产效率和质量。
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言随着科技的飞速发展，自动化、智能化的生产方式已经成为制造业的重要发展方向。
其中，六自由度机械臂作为一种高效、灵活的自动化设备，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，为实际应用提供理论支持。
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、驱动器、传感器、控制器等部分组成。
其中，机械臂本体采用模块化设计，由六个关节组成，每个关节配备一个驱动器，以实现六个方向的运动。
传感器负责检测机械臂的位置、速度、加速度等信息，控制器则负责根据传感器信息对驱动器进行控制，实现机械臂的精确运动。
2. 软件设计软件设计是六自由度机械臂控制系统的核心部分。
我们采用模块化程序设计思想，将系统分为传感器数据采集模块、运动规划模块、控制算法模块等部分。
传感器数据采集模块负责实时获取机械臂的状态信息，运动规划模块则根据任务需求生成机械臂的运动轨迹，控制算法模块则根据传感器数据和运动轨迹信息，计算出驱动器的控制信号，以实现对机械臂的精确控制。
三、运动学仿真分析为了验证六自由度机械臂控制系统的性能，我们进行了运动学仿真分析。
首先，我们建立了机械臂的数学模型，包括各关节的转动范围、转动惯量等参数。
然后，我们利用仿真软件对机械臂的运动学进行了仿真分析。
在仿真过程中，我们设定了不同的任务场景，如抓取、搬运、装配等任务。
通过仿真分析，我们可以得到机械臂在不同任务场景下的运动轨迹、速度、加速度等信息。
同时，我们还可以对控制算法的性能进行评估，如控制精度、响应速度等指标。
四、实验结果与分析为了进一步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。
我们将实际实验结果与仿真结果进行了对比分析。
实验结果表明，六自由度机械臂控制系统具有良好的控制精度和响应速度，能够实现对机械臂的精确控制。
六自由度机械臂结构设计1. 引言机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的机器装置，广泛应用于工业生产、医疗护理、科学研究等领域。
六自由度机械臂是指机械臂具有六个独立的自由度，即可以在空间中进行六个方向的运动。
本文将介绍六自由度机械臂的结构设计方法和原理。
2. 六自由度机械臂的基本结构六自由度机械臂由底座、臂1、臂2、臂3、臂4和臂5组成。
底座固定在工作台上，臂1与底座相连，臂2与臂1相连，以此类推，形成一个连杆机构。
在每个连接处都安装了关节，使机械臂能够在各个连接点上进行转动。
3. 关节类型的选择在设计六自由度机械臂时，需要选择适合的关节类型。
常见的关节类型有旋转关节和直线关节。
旋转关节允许机械臂在一个平面内进行旋转运动，直线关节允许机械臂在直线方向上进行运动。
根据机械臂的运动需求，可以选择合适的关节类型。
4. 关节驱动系统设计关节驱动系统是机械臂的核心部分，决定了机械臂的运动性能。
常见的关节驱动系统有电机驱动和液压驱动。
电机驱动适用于小型机械臂，具有结构简单、易于控制的优点。
液压驱动适用于大型机械臂，具有承载能力强、运动平稳的优点。
根据机械臂的负载和运动要求，选择适合的关节驱动系统。
5. 机械臂末端工具设计机械臂的末端工具是机械臂的功能扩展部分，用于在工作过程中完成特定的任务。
末端工具的设计需要根据具体的应用需求来确定。
常见的末端工具包括夹具、吸盘、焊枪等。
根据机械臂需要完成的任务，选择适合的末端工具。
6. 控制系统设计机械臂的控制系统是保证机械臂正常工作和实现精确控制的关键部分。
常见的控制系统包括伺服控制系统和PLC控制系统。
伺服控制系统适用于对机械臂运动轨迹要求较高的场景，PLC控制系统适用于对机械臂进行逻辑控制的场景。
根据机械臂的应用需求，选择适合的控制系统。
7. 结论本文介绍了六自由度机械臂的结构设计方法和原理。
通过选择适合的关节类型和关节驱动系统，设计合理的末端工具和控制系统，可以使机械臂实现各个方向的运动，并完成特定任务。
电子信息工程《机械电子学》研究报告六自由度机器臂的机电传动与控制系统设计学生姓名：学生学号：指导教师：所在学院：专业班级：中国·大庆2014年12 月信息技术学院课程设计任务书信息工程学院电子信息工程专业级，学号姓名一、课程设计课题：六自由度机器臂的机电传动与控制系统设计二、课程设计工作日自2014 年12 月8 日至2014 年12 月19 日三、课程设计进行地点：信息馆321四、程设计任务要求：(详细内容见课程设计文档)1.课题来源:教室下发。
2.目的意义:培养学生文献查阅、系统设计、机电传动与控制系统设计的能力，对机械电子学课程的深入了解，通过机械臂的设计。
3.基本要求:设计六自由度机器臂。
机械臂是一种典型的工业机器人，在自动搬运、装配、焊接、喷涂等工业现场中有广泛的应用。
该设计可以采用六关节串联结构，各个关节以“绝对编码器电机+精密谐波减速器”为传动。
在小臂处留有安装摄像头、气动工具等外部设备的接口，并提供备用电气接口，方便用户进行功能扩展。
在机器臂的控制器可以采用PLC、单片机和工业微型计算机，结合六自由度实现机械臂的运动控制，要求性能可靠，高速高精度。
课程设计评审表目录1 设计任务要求 ...................................................................................... - 1 - 1.1题目.. (1)1.2设计要求 (1)1.3规定 (1)1.4完成时间 (1)2 焊接机械手系统设计 (1)3 绪论 (2)4 正文 (2)4.1机械手的设计 (3)4.2传动系统的设计 (4)4.3驱动系统的确定 (5)4.4控制系统 (5)4.5检测系统 (5)4.6软件系统 (5)5 结论 (6)6 致谢 (6)7 参考文献 (7)1 设计任务要求1.1题目六自由度机器臂的机电传动与控制系统1.2设计要求设计六自由度机器臂。
机械臂是一种典型的工业机器人，在自动搬运、装配、焊接、喷涂等工业现场中有广泛的应用。
该设计可以采用六关节串联结构，各个关节以“绝对编码器电机+精密谐波减速器”为传动。
在小臂处留有安装摄像头、气动工具等外部设备的接口，并提供备用电气接口，方便用户进行功能扩展。
在机器臂的控制器可以采用PLC、单片机和工业微型计算机，结合六自由度实现机械臂的运动控制，要求性能可靠，高速高精度。
1.3规定系统设计的体系结构图、工作原理图、机械传动示意图可以采用微软Microsoft Office Visio 2003、protel、MatLab等。
按单元详细说明六自由度传动系统和控制系统的设计思路和工作原理，完成控制系统的整体电路图，并按照单元电路详细说明。
总结设计过程和设计体会。
1.4完成时间2周2焊接机械手系统设计摘要工业机械手最大的应用领域是焊接机械手，它占工业机械手总数的25%左右。
由于对许多构件的焊接精度和速度等提出越来越高的要求，一般工人已难以胜任这一工作；此外6自由度焊接机械手还可以减少焊接是的火花及烟雾等对人体的危害，因而，本课题的提出有十分重要的意义。
为了提高生产效率和产品的焊接质量，满足实际工作需要，本课题设计了用于焊接的关节型机械手，根据机械手的工作需要和结构特点，确定了机械手的外形尺寸和工作空间的总体设计，拟定了机械手各关节的总体设计传动方案。
利用齐次变换矩阵法简历了六度自由度关节机械手的正运动学模型，求出机械手末端相对于各自参考坐标系的齐次坐标值，尖刺了在直角坐标空间内机械手末端执行的位置和姿态与关节变量值的对应关系。
基于几何投影原理推导出相应的逆运动学模型，求出了各关节的角度值，建立了机械手关节空间与世界空间的映射关系、改机械手具有刚性好。
位置精确高、位置平稳的特点，同时，为了解决由平面、弧面、球面等组成的零部件的激光无损检测问题，提高检测的自动化程度的可靠性，提出了基于机械手的激光无损检测系统。
3绪论机械手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。
机械手技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及人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，是当代科学发展最活跃的领域。
机械手的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。
近十几年来，机械手技术发展非常迅速，各种用途的机械手在各个领域广泛应用。
本课题为了解决由平面、弧面、球面等组成的零部件的激光无损检测问题，提高检测的自动化程度的可靠性，提出了基于机械手的激光无损检测系统。
借助于激光检测技术，机械手技术、数字控制技术、计算机技术等，研制了一种用于激光无损检测的机械手。
该机械手有机械系统、控制系统、伺服系统、检测系统等组成，通过PC机控制，能够实现自动控制冰实时获取坐标信息，有利于缺陷的定位、定量和定性分析，其结构简单，性价比高，不仅能够用于激光无损检测，而且也可以用于其它场合，鱼油广泛的要适应性。
4正文激光检测机械手主要是针对由平面、弧面、球面等组成的零部件的激光检测而研制的。
该机械手主要由机械部分、控制部分、伺服驱动部分、检测部分等组成，其结构框图如下：图1系统关系图为了实现激光检测的自动化，在激光检测机械手的基础上，利用PC机、数字式激光探伤仪等构成自动激光检测硬件系统，利用VC++开发软件系统，实现吸光检测的自动化。
其工作原理为：首先，机械手夹持探头，使探头轴线与被检测工件表面法线方法平行，且采用直接耦合法：其次，控制系统根据被检测零件的信息，规划扫描路径，发出指令信息给伺服系统，伺服系统驱动机械手带动探头对被检测零件表面进行扫描，与此同时，OC 机将通过机械手的检测部分获取探头的位置信息；第三，数字式激光探伤仪获取被检测工件每一点的信息并送入PC机；第四，PC机处理信息，识别缺陷。
并储存信息及其对应的坐标点。
4.1、机械手的设计激光检测机械手的机械设计应满足一下条件：第一，能够在计算机的控制下带动探头在被检测表面上移动；第二，在检测中保证探头的声束方向与被检测点表面的法线方向重合；第三，计算机能够实时的获取探头的坐标信息。
因此，在设计中采用了关节机械手臂，关节型又称回转坐标型，这种机械手的手臂与人体上肢类似，去前三个关节都是回转关节，这种机械手一般有立柱和大小臂组成，立柱与大臂形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可是大臂做回转运动和是大臂作俯仰摆动，小臂做俯仰摆动。
其特点使工作空间范围大，动作灵活，通用性强、能抓取靠近机座的物体。
图2六自由度设计4.2、传动系统设计为了使机械手臂能够灵活的运动，必须在设计中考虑重量和力矩的问题。
本机械手的外形尺寸设计是从小灵活的角度考虑，同时为了减轻机械手的重量，在设计时材料选用铝合金。
主体的旋转式通过腰关节回转来实现的，在这里采用了一级齿轮传动，安装在底座上的步进电机通过齿轮传动带动立柱回转的角度，以作为后续处理。
在结构上采用向心推力角轴承，是为了承受轴向力。
另外针对其余几个关节的具体状况，大臂传动、小臂传动、腕关节传动都采用同步齿型带作为其传动机构，安装在个臂上的步进电机通过同步齿形带将运动传递给另一关节。
这样，一方面有利于简化机构，另一方面也满足了负荷要求，同时提高了传动系统的精度，编码器分别安装在个关节轴的末端，随着关节的转动一起转动、另外在结构设计中也从布局方面考虑了机械手的平衡问题。
图3机械手内部结构设计4.3、驱动系统的确定关节型机械手的驱动系统由驱动器和传动机械两部分构成。
一般机械手的驱动方法包括以下四种：（1）直流伺服电机：直流伺服电机有很好的调速功能较大的启动力矩，功率大、响应速度快的特点，并且控制技术成熟，安装方便，成本低廉。
（2）交流伺服电机：交流伺服电机结构简单，运行可靠性高，维修方便和步进电机相比价格比较贵。
（3）步进电机：可以直接实现数字控制，控制结构简单，价格低廉，通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制，但是不能进行误差校核，运动精度较差，负载和冲击过大时会造成“失步”现象。
（4）液压驱动马达：液压伺服马达其具有较大的功率与体积之比，运动比较平稳，定位精度高，负载能力大、但是液压伺服马达价格比较高容易出现漏油现象。
常见的驱动器有电机和液压、气动驱动装置等。
其中电机驱动是常用的驱动方式。
电机驱动具有精确高，可靠性好，能比较大的变速度来满足机械手的应用要求。
所以在设计过程中选用直流电机作为驱动装置。
4.4、控制系统对机械手各关节运动进行控制，实质上就是对各步进电机进行控制。
控制系统以计算机为核心，此部分由计算机、伺服控制卡、4 套步进电机驱动单元和4套步进电机组成。
本机械手的控制采用点计算机、根据检测的任务由PC机对机械手进行路轨迹规划，并将其转换成指令信息传给伺服控制卡，由伺服控制卡控制各步进驱动单元完插补运动，从而带动探头实现目标点的缺陷检测。
4.5,、检测系统检测系统的主要任务是确定被检测工件的位置坐标。
检测元件主要采用光电编码器。
他是一种集光、电、机于一体的高精度位置测量传感器，具有高频响、分辨能力高、承载能力强、力矩小、耗能低、性能可靠、使用寿命长等诸多优点，常被用来测量角度。
光电编码器一般分为增量式和绝对式编码器，在本系统中选用增量式光电编码器作为关节角位移的检测元件，其输出为相位相差90b的A,B两相正交脉冲信号，A相或B相的每个脉冲代表被检测对象旋转了一定的角度，A相和B相的相位关系则反映了被测对象的旋转方向。
为了将编码器的信号传递给PC机，研制了接口电路。
4.6、元件系统元件系统主要实现机械手的位置控制机器检测，其开发工具采用了VISUAL C++6.0，采用面向对象设计方法和模块化的设计思想。
控制元件部分在完成激光检测的路径规划的基础上，过接口电路发出控制脉冲，实现对各步进电机的控制，从而实现机械手姿态控制，使其运动到相应的位置。
检测软件部分则主要是基于对接口电路得到的编码器信号数据进行采用读取。
换算成关节旋转的角度H，然后根据机械手运动学方程计算出目标点的空间位置。
5 结论我国机械手的研究和应用起步较晚，但是随着国内外机械手的快速发展、社会需求的增大和技术的进步，焊接机械手得到了迅速的发展，多品种、少批量生产方式和为提高潘品质量及生产效率的生产工艺需求，是推动装焊接机械手发展的直接动力。
关节型机械手在轻型、较简单且要求机械手介个较低的焊接作业中大显身手。
本课题正式在这种背景下提出来的，这是一项具有重要意义的课题。
开发的激光检测机械手是吧机械手机构设计、激光检测技术、计算机测控技术等有机集成的一种新型机械手。
该机械手具有结构简单、操作方便、成本低廉等优点，可以部分代替人手操作，减轻劳动强度。
基于该机械手构建的激光无损检测系统，不仅能够提高激光检测的自动化程度，提高检测效率和可靠性，而且有利于数据采集处理以及成像，有利于缺陷的定位、定量和定性分析。
