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关节型机器人机械臂结构设计关节连接是机械臂结构设计的核心之一、通常使用球面接头或者转动关节进行连接，以实现机械臂关节的灵活运动。
球面接头由一个球型部件和一个杯形部件组成，通过球面接触面的滚动实现相对转动。
转动关节采用轴承来实现关节的转动功能。
关节连接的设计需要考虑机械臂的负载情况和运动自由度，以确保机械臂的运动灵活性和稳定性。
材料选择是机械臂结构设计的另一个重要方面。
机械臂的材料选择需要考虑机械强度、刚度和重量等因素。
一般来说，机械臂的结构部件采用铝合金或者钛合金等轻质材料，以减轻机械臂自身的重量，提高其运动速度和操作效率。
传动装置是机械臂结构设计中的关键部分。
传动装置通常采用电机和减速器来实现力矩的传递和控制。
电机的选择需要考虑机械臂的负载情况和运动速度等因素。
减速器的选择需要根据机械臂关节的转速和力矩需求来确定。
常见的传动装置有直线传动装置、伺服驱动装置和液压驱动装置等。
力传感器是机械臂结构设计中的关键装置之一、力传感器用于测量机械臂末端执行器受到的力和力矩，以实现机械臂的力控制。
力传感器的设计需要考虑其精度、稳定性和可靠性。
常见的力传感器有应变片式传感器、电容传感器和电磁感应传感器等。
动力源是机械臂结构设计中必不可少的部分。
机械臂通常使用电动机作为动力源，通过电池或者外部电源提供能量。
电动机的选择需要考虑机械臂的负载情况、运动速度和动力需求等因素。
另外，为了满足机械臂的长时间工作需求，还需要考虑机械臂的节能性和散热性。
综上所述，关节型机器人机械臂结构设计需要考虑关节连接、材料选择、传动装置、力传感器以及动力源等方面。
合理的结构设计可以提高机械臂的运动灵活性、稳定性和控制精度，从而满足不同应用领域的需求。
机器人的结构形式及各类结构的特点摘要：如今机器人已被广泛应用于机械、印刷机械、汽车工业、食品生产工业、药品生产工业、电子工业、机器制造业和化妆品生产等行业，不同领域因其需要的多样性和特殊性，也导致机器人在结构形式上存在多样性和特殊性。
关键字：结构形式，结构坐标系2011302590173刘亚辉遥感信息工程学院一、引言机器人按ISO 8373定义为：位置可以固定或移动，能够实现自动控制、可重复编程、多功能多用处、末端操作器的位置要在3个或3个以上自由度内可编程的工业自动化设备。
这里自由度就是指可运动或转动的轴。
工业机器人按其结构形式及编程坐标系主要分类为关节型机器人、移动机器人、水下机器人和直角坐标机器人等。
按主要功能特征及应用分为移动机器人、水下机器人、洁净机器人、直角坐标机器人、焊接机器人、手术机器人和军用机器人等。
机器人学涉及到机器人结构，机器人视觉，机器人运动规划，机器人传感器，机器人通讯和人工智能等许多方面，不同用处的机器人涉及到不同的学科，下面仅对这些机器人的结构和应用进行简单介绍。
机器人按照结构坐标系特点方式分类可分为：直角坐标机器人，圆柱坐标型机器人，极坐标机器人，多关节机器人等。
机器人按照机身结构特点可分为：升降回转型机身结构，俯仰型机身结构，直移型机身结构，类人机器人机身结构等。
二、各种结构坐标系1、直角坐标系机器人直角坐标型机器人结构如图所示，它主要是以直线运动轴为主，各个运动轴通常对应直角坐标系中的X轴，Y轴和Z轴，一般X轴和Y轴是水平面内运动轴，Z轴是上下运动轴。
在一些应用中Z轴上带有一个旋转轴，或带有一个摆动轴和一个旋转轴。
在绝大多数情况下直角坐标机器人的各个直线运动轴间的夹角为直角。
直角坐标型机械手可以在三个互相垂直的方向上作直线伸缩运动，这类机械手各个方向的运动是独立的，计算和控制比较方便，但占地面积大，限于特定的应用场合，有较多的局限性。
2、圆柱坐标机器人圆柱坐标型机器人的结构如下图所示，R、θ和x为坐标系的三个坐标，其中R、是手臂的径向长度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。
1 绪论本次综合课程设计题目为通用工业机器人的小臂及手腕设计。
工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统、传感系统和输入、输出系统接口组成。
执行系统是工业机器人完成握取工具（或工件）实现所需各种运动的机构部件，包括手部、腕部、臂部、机身和行走机构。
驱动系统是向执行系统的各个运动部件提供动力的装置。
按照采用的动力源不同，驱动系统分为液压式、气压式、电气式。
控制系统是工业机器人的指挥系统，它控制驱动系统，让执行机构按照规定的要求进行工作。
按照运动轨迹，可以分为点位控制和轨迹控制。
传感系统是为了使工业机器人正常工作和与周围环境保持密切联系，包括位置、视觉、力觉、触觉和接近觉等多种类型传感器及传感信号的采集处理系统。
输入、输出系统接口是为了工业机器人与周边系统及相应操作进行联系与应答，包括各种通讯接口和人机通信装置。
通用工业机器人又被称为多用途工业机器人，是用来完成某些辅助操作如装料、卸料、运输、堆垛或在各种工艺用途的装备上完成所需各种形式运动和顺序。
通用工业机器人不仅可用于辅助操作的自动化，也可完成基本的工艺过程，如焊接、热处理、喷涂等。
通用工业机器人的结构特点首先由其工艺上可能性所必须的多样化所决定。
与此相关，当设计工业机器人时，要保证工作机构有更多的自由度（5～7或更多）。
例如夹持器，为了使工业机器人完成各种工艺操作，采用操作机（手臂和手腕）杆件位移坐标系：圆柱坐标、球坐标和组合坐标系。
通用工业机器人一般服务在其周围安装的若干个工艺装备单元。
这说明需要有足够大的工作空间和较高的机动灵活性。
可是随着操作机运动机构中转动副数目的增加，工作机构要达到较大的承载能力和较高的定位精度是困难的。
同时机器人的控制也更加复杂。
为增大工作空间，例如多用途机器人在机床组或其它工艺装备上工作时，操作机可以安装在可动基础（小车）上。
这种附加移动既保证手臂的行程增大，又保持操作机有较大的承载能力。
操作机的手臂可以是单一刚性结构（一般为管截面杆）或是若干个铰接连杆形式。
1前言1.1机器人的概念机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的机器，而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。
美国机器人工业协会提出的工业机器人定义为：“机器人是一种可重复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机”。
英国和日本机器人协会也采用了类似的定义。
我国的国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：“机器人是一种能自动定位控制、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”。
而将操作机定义为：“具有和人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”。
机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制装置和为使机器人进行作业而要求的外部设备组成。
1.1.1操作机操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。
通常由下列部分组成：a.末端执行器又称手部，是机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。
b. 手腕是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有2～3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。
有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。
c. 手臂它由机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。
手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。
手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。
d. 机座有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件。
可分固定式和移动式两类。
1.1.2驱动单元它是由驱动器、检测单元等组成的部件，是用来为操作机各部件提供动力和运动的装置。
1.1.3控制装置它是由人对机器人的启动、停机及示教进行操作的一种装置，它指挥机器人按规定的要求动作。
1.1.4人工智能系统它由两部分组成，一部分是感觉系统，另一部分为决策－规划智能系统。
六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析一、概述随着科技的飞速进步，机器人技术已经逐渐渗透到各个领域，特别是在仿生机器人领域，其研究与应用更是取得了显著的成果。
六足仿蜘蛛机器人作为仿生机器人的一种，其结构设计与仿真分析是当前研究的热点之一。
六足仿蜘蛛机器人是一种模拟蜘蛛行走方式的机器人，具有适应性强、稳定性高、运动灵活等优点。
通过模拟蜘蛛的六足行走机制，该机器人能够在复杂环境中实现高效、稳定的运动，具有重要的应用价值。
在结构设计方面，六足仿蜘蛛机器人需要考虑多个因素，包括机械结构、驱动方式、运动学分析等。
机械结构是机器人的基础，需要合理设计各部件的尺寸、形状和连接方式，以实现机器人的稳定行走和灵活运动。
驱动方式的选择直接影响到机器人的运动性能和效率，常见的驱动方式包括电机驱动、液压驱动等。
运动学分析则是研究机器人运动规律的重要手段，通过对机器人运动学模型的建立和分析，可以预测和优化机器人的运动性能。
在仿真分析方面，通过建立六足仿蜘蛛机器人的虚拟样机，可以在计算机环境中进行各种实验和测试，以验证机器人设计的合理性和有效性。
仿真分析可以帮助研究人员快速发现设计中存在的问题，并进行相应的优化和改进。
仿真分析还可以为机器人的实际制造和测试提供重要的参考依据。
本文旨在探讨六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析方法，为该类机器人的研究和应用提供有益的参考和借鉴。
1. 机器人技术的发展趋势随着科技的飞速进步，机器人技术正迎来前所未有的发展机遇。
从简单的自动化操作到复杂的智能决策，机器人技术正逐步渗透到我们生活的方方面面。
在当前的科技浪潮中，机器人技术的发展趋势呈现出以下几个显著特点。
人工智能技术的深度融合是机器人技术发展的重要方向。
随着深度学习、神经网络等技术的不断发展，机器人逐渐具备了更强的感知、理解和决策能力。
这使得机器人能够更好地适应复杂多变的环境，实现更高级别的自主操作。
机器人技术的集成化趋势日益明显。
传统的机器人往往只具备单一的功能，而现代机器人则更倾向于将多种功能集成于一体，实现一机多用。
盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 目录 1前言 ................................................................. 1 1.1 仿人机器人的概念 .................................................. 1 1.2 课题来源 .......................................................... 1 1.3 技术要求 .......................................................... 1 1.4 国内外研究现状及发展状况2 ........................................ 1 1.4.1 国内研究现状 .................................................... 1 1.4.2 国外研究现状 .................................................... 2 1.4.3 发展趋势 ........................................................ 3 1.5 本课题要解决的主要问题及解决方案 .................................. 4 2 总体方案设计 ........................................................ 6 2.1 仿人机器人臂手部结构的确定 ........................................ 6 2.2 仿人机器人上身尺寸的确定 .......................................... 6 2.3 结构的设计 ........................................................ 6 2.4 仿人机器人自由度的确定 ............................................ 6 2.5 电机的选择 ........................................................ 7 3 机器人驱动装置的设计 ................................................ 8 3.1 肩部步进电机的选择 ................................................ 9 3.2 肘部步进电机的选择 ................................................ 9 3.3 腕部及头部电机选择 ............................................... 10 4.仿人机器人机械传动件的设计 ......................................... 11 4.1 齿轮的设计 ....................................................... 11 4.1.1 肩部齿轮的设计与校核 ........................................... 11 4.1.2 肘腕部齿轮设计 .................................. 错误!未定义书签。 4.1.3 头部齿轮的设计 .................................. 错误!未定义书签。 4.2 轴的设计与计算 .................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 轴的结构设计 .................................... 错误!未定义书签。 4.2.2 轴的强度计算 .................................... 错误!未定义书签。 5. 仿人型机器人连接板的设计及校核 ..................... 错误!未定义书签。 5.1 肩部连接板的设计与校核 ............................ 错误!未定义书签。 5.2 电机支撑板的设计与校核 ............................ 错误!未定义书签。 6. 仿人型机器人三维造型及运动仿真 ..................... 错误!未定义书签。 6.1 仿人型机器人三维造型 .............................. 错误!未定义书签。 6.2 仿人型机器人运动仿真 .............................. 错误!未定义书签。 6.3 仿人型机器人舞蹈运动分析 .......................... 错误!未定义书签。 6.4 仿人机器人重力分析 ................................ 错误!未定义书签。 7 结论 ................................................ 错误!未定义书签。 参考文献 .............................................. 错误!未定义书签。 致 谢 .............................................. 错误!未定义书签。 附 录 .............................................. 错误!未定义书签。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 1 1前言
1.1 仿人机器人的概念1 现阶段，机器人的研究应用领域不断拓宽，其中仿人机器人的研究和应用尤其受到普遍关注，并成为智能机器人领域中最活跃的研究热点之一。 研究与人类外观特征类似，具有人类智能、灵活性，并能够与人交流，不断适应环境的仿人机器人一直是人类的梦想之一。世界上最早的仿人机器人研究组织诞生于日本，1973年，以早稻大学加藤一郎教授为首，组成了大学和企业之间的联合研究组织，其目的就是研究仿人机器人。加藤一郎教授突破了仿人机器人研究中最关键的一步——两足步行。1996年11月，本田公司研制出了自己的第一台仿人步行机器人机P2，2000年11月，又推出了最新一代的仿人机器人ASIMO。国防科技大学也在2001年12月独立研制出了我国第一台仿人机器人。 仿人机器人要能够理解、适合环境、精确灵活地进行作业，高性能传感器的开发必不可少。传感器是机器人获得智能的重要手段，如何组合传感器摄取的信息，并有效地加以运用，是基于传感器控制的基础，也是实现机器人自治的先决条件。 仿人机器人研究在很多方面已经取得了突破，如关键机械单元、基本行走能力、整体运动、动态视觉等，但是离我们理想中的要求还相去甚远，还需要在仿人机器人的思维和学习能力、与环境的交互、躯体结构和四肢运动、体系结构等方面进行更进一步的研究。 仿人机器人具有人类的外观，可以适合人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业，并可以在很多方面扩展人类的能力，在服务、医疗、教育、娱乐等多个领域得到广泛应用。
1.2 课题来源 本课题来源于研究课题。仿人机器人的研究和应用尤其受到普遍关注，并成为智能机器人内领域中最活跃的研究热点之一，研究与人类外观特征类似，具有人类智能、灵活性，能够与人交流，不断适应环境的仿人机器人一直是人类的梦想之一。
1.3 技术要求 根据设计要求达到以下技术要求： a.根据任务要求，本仿人机器人总高900mm，肩宽30mm，手臂长40mm； b.各关节采用一级齿轮传动，用步进电机驱动； c.除了通用件外，其它零件用工程塑料PVC压铸成形。
1.4 国内外研究现状及发展状况2 1.4.1 国内研究现状 国内，仿人机器人的研制工作起步较晚，1985年以来，相继有几所高校进行了这方面的研究并取得了一定的成果。其中以哈尔滨工业大学和国防科技大学最为典型。哈尔滨工业大学自1985年开始研制双足步行机器人，基于控制理论曾经获得自仿人型机器人总体及臂手部结构设计 2 然科学基金和国家“863”计划的支持，迄今为止已经完成了三个型号的研制工作：第一个型号HIT-1为10个自由度，重100kg，高1.2m，关节由直流伺服电极驱动，属于静态步行。第二个型号HIT-2为12 个自由度，该机器人髋关节和腿部结构采用了平行四边形结构。第三个型号HIT-3为12 个自由度，踝关节采用两电机交叉结构，同时实现两个自由度，腿部结构采用了圆筒形结构。H IT-3实现了静态步行和动态步行，能够完成前/后行、侧行、转弯、上下台阶及上斜坡等动作。目前，哈尔滨工业大学机器人研究所与机械电子工程教研室合作，正在致力于功能齐全的仿人机器人HIT -4的研制工作，该机器人包括行走机构、上身及臂部执行机构，初步设定32个自由度。国防科技大学也进行了这方面的研究。在1989年研制成功了一台双足行走机器人，这台机器人具有10个自由度，能完成静态步行、动态步行。清华大学、上海交通大学、北京航空航天大学等高等院校和研究机构也在近几年投入了相当的人力、物力，进行智能仿人机器人的研制工作。
1.4.2 国外研究现状 日本已经成为仿人机器人研究最活跃、成果最丰富的国家。下面重点就日本仿人机器人研究动态进行介绍。 a.早稻田大学 目前，早稻田大学的仿人机器人研究基本分为三部分。其中，一部分是研究与人协作的仿人机器人。目标是从学术角度研究人的行走机理，并建立人的行走模型；从工程角度制造实用的仿人机器人。研制成果是WABIAN（Waseda Bipedal Humanoid）系列仿人机器人。WABIAN能够在平面上动态前进、后退、跳舞及携带重物。而WABIAN RV更是具备了语音识别能力，使人机界面更为友好。在此基础上，WABIAN-2针对行走部分做了改进。每条腿7个自由度，包括：脚3个，膝盖1个，髋部3个。腰部有2个自由度。相比6个自由度的腿，其优点是膝盖的方向。驱动系统为DC伺服电机，减速部分采用谐波齿轮。另一部分是开发对用途的双足步行腿部模块，应用于包括仿人机器人的各种机器人系统中。 b.东京大学 东京大学是目前进行机器人研究非常活跃的机构。其中进行仿人机器人研究的主要有JSK实验室和Nakamura实验室。JSK实验室的仿人机器人研究是以H6仿人机器人为实验平台。其具体参数如下：高1370mm，宽590mm，重55kg。共有35个自由度：双腿各6，双足各1，双臂各7，两抓持器各1，脖子2，眼睛3。驱动采用DC电机和谐波齿轮，实用操作系统是RT-linux。主要的研究方向包括：（1）开发大型仿真系统（2）研究能够避障和满足动态约束的运动规范算法。另外，JSK实验室还对腱驱动机器人、软脊椎机器人、凝胶体机器人、人造皮肤等进行了相关研究。Nakamura实验室不仅研究专门针对仿人机器人的特殊机构，包括含有揉性连接的肩关节、已应用在髋部的双球关节。而且，该实验室在基于动力学的运动方式识别和生成的信息处理方面颇有造诣。提出了利用关节运动的相关性来简化仿人机器人全身运动的方法；设计了基于动力学的类似脑信息处理的系统；设计了基于动力学和传感数据的信息处理系统，实现了仿人机器人运动的平滑过度。同时，研究了将运
