622 护理机器人行走及手臂系统的设计

《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言六自由度机械臂，以其出色的灵活性、灵活的运动空间以及复杂的运动能力，在现代自动化工业和高端科技领域有着广泛的应用。

本篇论文旨在介绍一种六自由度机械臂控制系统的设计与运动学仿真。

通过详细阐述系统设计、控制策略以及运动学仿真结果，为六自由度机械臂的研发与应用提供理论依据和实验支持。

二、系统设计1. 硬件设计六自由度机械臂控制系统硬件主要包括机械臂本体、驱动器、传感器和控制单元等部分。

其中，机械臂本体采用串联式结构设计，通过六个关节的协调运动实现六自由度。

驱动器选用高性能直流无刷电机，并配备高精度减速器以提高控制精度。

传感器包括位置传感器、力传感器等，用于实时监测机械臂的状态和外部环境信息。

控制单元采用高性能微处理器，负责接收传感器信息、处理控制指令并输出控制信号。

2. 软件设计软件设计主要包括控制系统算法设计和人机交互界面设计。

控制系统算法包括运动规划、轨迹跟踪、姿态调整等模块，通过优化算法提高机械臂的运动性能和控制精度。

人机交互界面采用图形化界面设计，方便用户进行操作和监控。

三、控制策略1. 运动规划运动规划是六自由度机械臂控制系统的重要组成部分，主要任务是根据任务需求规划出合理的运动轨迹。

本系统采用基于规划的方法，通过预设的运动路径和速度参数，使机械臂按照规划的轨迹进行运动。

同时，采用动态规划算法对机械臂的运动进行实时调整，以适应外部环境的变化。

2. 轨迹跟踪轨迹跟踪是六自由度机械臂控制系统的核心部分，主要任务是使机械臂在运动过程中始终保持正确的姿态和位置。

本系统采用基于PID控制算法的轨迹跟踪策略，通过实时调整控制信号，使机械臂能够准确、快速地跟踪预设的轨迹。

同时，针对机械臂在运动过程中可能出现的扰动和误差，采用鲁棒性较强的控制策略进行优化。

四、运动学仿真为验证六自由度机械臂控制系统的设计效果和运动性能，我们进行了运动学仿真实验。

通过建立三维模型，模拟机械臂在不同任务下的运动过程，并分析其运动轨迹、姿态调整和速度变化等关键参数。

天津大学毕业设计中文题目：物料搬运机器人手部系统的设计英文题目：Material han dli ng system desig nrobotHand departme nt学生姓名_______________________________系别机申I _____________________________________________________________________________________________________________________专业班级2指导教____________________________成绩评定_______________________________________2010年6月目录1 引言 (1)1.1 机器人概述 (1)1.2 机器人的研究历史及现状 (1)1.3 机器人的发展趋势 (2)2 手部的设计与计算 (3)2.1 手部的设计 (3)2.2 驱动方式 (3)2.3 手部夹紧力的计算 (5)2.4 弹簧的计算[6] (5)2.5 手部电机选择原则【7】........................................... 错误！未定义书签2.5.1 一般执行电机的选择原则......................... 错误！未定义书签2.5.2 电机的选用.................................... 错误！未定义书签2.6 手部电机参数计算............................... 错误！未定义书签2.7 电机转速与夹紧力速度几何关系的确定................. 错误！未定义书签3 手臂的设计与计算 .......................... 错误！未定义书签3.1 手臂结构设计.................................. 错误！未定义书签3.2 手部质量计算.................................. 错误！未定义书签3.2.1 爪子的质量计算................................. 错误！未定义书签3.2.2 手部外壳质量计算............................... 错误！未定义书签3.2.3 手部主轴的质量计算............................. 错误！未定义书签3.2.4 其它部件的质量估算............................. 错误！未定义书签3.3 手臂计算及电机选择................................ 错误！未定义书签4 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1 ：英文文献 ................................... 错误！未定义书签附录2 ：英文文献翻译 ................................ 错误！未定义书签在当今大规模制造业中，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。

目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 机器人的发展及技术 (1)1.3 两足机器人的优点及国内外研究概况 (2)1.4 本课题的主要工作 (7)2 双足机器人本体结构设计分析 (8)2.1 引言 (8)2.2 两足机器人的结构分析 (8)2.3 机器人设计思路 (9)2.4 机器人设计方案 (10)2.5 驱动方式的选择 (11)3 双足机器人的具体制作 (11)3.1 双足机器人的材料选择 (11)3.2 双足机器人的零件加工 (11)3.3 两足机器人的组装 (14)3.4 两足机器人相关数据 (17)3.5 两足机器人总体尺寸 (17)3.6 舵机具体参数 (18)4 课题总结 (18)结束语 (19)致谢 (20)参考文献 (21)1 绪论1.1 引言目前，机器人已形成一个不同技术层次、应用于多种环境的“庞大”家族，从天上到地下，从陆地到海洋到处都可以看到机器人的身影。

世界著名机器人专家，日本早稻田大学的加藤一郎教授曾经指出“机器人应当具有的最大的特征之一是步行功能”。

步行机器人的研究涉及到多门学科的交叉融合，如仿生学、机构学、控制理论与工程学、电子工程学、计算机科学及传感器信息融合等。

仿人形机器人正成为机器人研究中的一个热点，其研究水平，在一定程度上代表了一个国家的高科技发展水平和综合实力。

研究仿人形双足步行机器人，除了具有重要的学术意义，还有现实的应用价值。

1.2 机器人的发展及技术1.2.1 机器人的发展20世纪40年代，伴随着遥控操纵器和数控制造技术的出现，关于机器人技术的研究开始出现。

60年代美国的Consolidated Control公司研制出第一台机器人样机，并成立了Unimation公司，定型生产了Unimate机器人。

20世纪70年代以来，工业机器人产业蓬勃兴起，机器人技术逐渐发展为专门学科。

1970年，第一次国际机器人会议在美国举行。

经过几十年的发展，数百种不同结构、不同控制系统、不同用途的机器人已进入了实用化阶段。

第1章绪论全套完整版19张CAD图纸，联系1538937061.1 概述据报道，我国60岁以上的老年人已有1.43亿，占全国人口的11％，到2050年将达到4.37亿。

在老龄人群众中有大量的脑血管疾病或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫症状[1]。

近年由于患心脑血管疾病使中老年患者出现偏瘫的人数不断增多，而且在年龄上呈现年轻化趋势。

与此同时，由于交通运输工具的迅速增长，因交通事故而造成神经心痛损伤或者肢体损伤的人数也越来越多。

在我国数以百万计的有神经科疾病病史和受到过意外伤害的患者需要进行康复治疗，仅以中风为例，每年大约有600，000中风幸存者，其中的二百万病人在中风后存在长期的运动障碍。

随着国民经济的发展，这个特殊群体已得到了更多人的关注，为了提高他们的生活质量，治疗、康复和服务于他们的产品的技术和质量也在相应地提高。

随着机器人技术和康复医学的发展，在欧洲、美国和日本等国家，医疗康复机器人的市场占有率呈逐年上升的趋势，仅预测日本未来机器人市场，2005年医疗、护理、康复机器人的市场份额约为250，000美元，而到2010年将上升到1，050，000美元，其增长率在机器人的所有应用领域中占据首位。

因此，服务于四肢的康复设备的研究和应用有着广阔的发展前景[2]。

康复机器人是康复设备的一种类型。

康复机器人技术早已广受世界各国科研工作者和医疗机构的普遍重视，其中以欧美和日本的成果最为显著。

在我国康复医学工程虽然得到了普遍的重视，而康复机器人研究仍处于起步阶段，一些简单康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化的康复机器人的需求，有待进一步的研究和发展。

由于康复训练机器人要与人体直接相连，来带动肢体进行康复训练，所以对驱动器的安全性、柔性的要求较高。

康复肢体运动功能用机械肢体组合系列机器人,是多种同类机器人属于机器人领域,解决了本人发明的实用新型专利半身不遂患者康复学步机,只能带动人的大小臂大小腿康复运动功能,而不能带动手脚各关节运动的重大不足,主要技术特征是将半身不遂患者康复学步机略加改进后,在学步机的小臂绞链杆上安装了可以带动人手腕关节手指各个关节都能运动的机械手托板,在小腿铰链杆上安装了可以带动人脚踝脚指各个关节都能运动的机械脚托板后实现的,用途是康复肢体运动功能,带动患肢的各个关节、每块骨骼、每块肌肉、每个筋键、每条神经都在作患者万分渴望而大脑又支配不了的动作,通过较长时间的被动运动锻炼,最终使残疾人患肢的主动运动功能得到康复。

智能控制系统中的机器人手臂设计与优化随着技术的不断进步，智能控制系统已经逐渐成为了现实生活中不可或缺的一部分。

在工业生产、家庭生活等各个领域，智能控制系统都发挥着越来越重要的作用。

而在这一领域中，机器人手臂的设计与优化更是不可或缺的一环。

本文将围绕智能控制系统中的机器人手臂设计与优化展开讨论。

一、机器人手臂的基础结构机器人手臂是智能控制系统中最重要的组成部分之一，其基础结构分为五个部分：底座、腰部、臂部、手腕和手爪。

底座是机器人手臂的支撑物，能够使手臂在任何角度上旋转。

腰部是手臂的第一个关节，可以左右旋转。

臂部是手臂的主要部分，能够上下左右移动。

手腕是手臂上的第二个关节，可以左右旋转。

手爪是机器人手臂的终端执行器，其作用类似于人类的手掌，能够夹住物体。

二、机器人手臂的驱动方式机器人手臂的驱动方式分为两种：传统的液压式驱动和现代的电力式驱动。

液压式驱动系统可以提供巨大的力量和速度，但其功率消耗大，安全性较低。

而电力式驱动系统则可以提供更为精确的控制，并且功率消耗更少，安全性更高。

目前，在机器人手臂的驱动方式上，电力式驱动已经成为了主流。

三、机器人手臂的控制方式机器人手臂的控制方式通常有两种：手动控制和自动控制。

手动控制是通过操纵杆或按钮给手臂发送指令，使其完成特定的动作，但这种方式很难完成精确控制。

而自动控制则是通过程序设计，将机器人手臂的动作控制在微小的误差范围内，完美地完成各种任务。

自动控制的核心是运用传感器技术，获取环境信息，从而准确控制机器人的动作。

四、机器人手臂的应用机器人手臂广泛应用于各个领域，例如工业制造领域、医疗服务领域、危险环境探测领域等等。

在汽车制造领域，机器人手臂可以完成车身焊接、装配、涂漆等各种任务；在医疗服务领域，机器人手臂可以进行手术、采血、提供康复治疗等；在危险环境探测领域，则可以用机器人手臂代替人类完成探险任务。

五、机器人手臂的优化机器人手臂的优化是指通过不断地改进其结构和控制系统，提高机器人手臂的运行效率和灵活性。

燕山大学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：六足步行机器人学院（系）：里仁学院年级专业：机械电子学生姓名：指导教师：完成日期：一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义步行机器人，简称步行机 ,是一种智能型机器人 , 它是涉及到生物科学 , 仿生学 , 机构学 , 传感技术及信息处理技术等的一门综合性高科技 . 在崎岖路面上 ,步行车辆优于轮式或履带式车辆 .腿式系统有很大的优越以及较好的机动性 , 崎岖路面上乘坐的舒适性 ,对地形的适应能力强 .所以 ,这类机器人在军事运输 , 海底探测 , 矿山开采 , 星球探测 , 残疾人的轮椅 , 教育及娱乐等众多行业 ,有非常广阔的应用前景 , 多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域的研究热点之一。

目前《机械电子》等期刊发布国内研究成果如下：闰尚彬,韩宝玲,罗庆生在文献[1]针对仿生六足步行机器人关节较多,其步态轨迹规划和关节控制量计算都较为复杂的现状,采用Solidworks软件与MSC.ADAMS软件相结合的方式对六足仿生步行机器人的样机模型进行了运动学仿真与分析.通过仿真,验证了所设计的三角步态的适用性和所选择的三次样条曲线作为机器人足端点轨迹曲线方案的可行性.韩宝玲王秋丽罗庆生在文献[2]基于六足仿生步行机器人机构学特性的研究,采用数值分析法求解了机器人步行足的足端工作空间,利用虚拟样机技术计算了机器人的灵活度,从两方面综合衡量六足仿生步行机器人的工作能力,并以六足步行机器人各腿节比例关系的确定为例,介绍了六足步行机器人结构优化的具体方案.苏军陈学东田文罡在文献[3]研究六足步行机器人全方位行走步态，分析其静态稳定性；规划了典型直线行走步态和定点转弯步态，确定了直线行走步态最大跨步和定点转弯步态最大转角；进行了步态控制算法模拟仿真及实地步行实验。

王绍治郭伟于海涛李满天在文献[4]根据CPG双层网络的特点,采用分层分布式系统架构研究制了一种机器人运动控制系统.其基于FPGA的星型总线,在保证通信速率的同时提高了系统抗干扰能力.在单足控制器中嵌入双NIOS完成CPG网络解算和电机运动控制.郭少晶韩宝玲罗庆生在文献[5]针对采用电池供电的六足仿生步行机器人其工作时间受限的情况,提出了将动态电源管理、实时任务调度和运动策略规划等方法,综合运用于其控制系统,且更为全面地考虑了机器人系统的能耗等级.这种方法对于降低机器人的系统能耗起到了实质性的作用,其整体思路与技术途径可为降低其它类似的多足步行机器人的系统能耗, 陈甫臧希喆赵杰闫继宏在文献[6]从机械结构、运动模式和步态控制3个方面, 对六足步行机器人的仿生机制进行了分析. 提出一种灵活度评价函数, 基于该函数对六足机器人的结构参数进行了优化; 推导了步态模式与步行速度关系的数学表达; 构建了分布式局部规则网络, 可自适应地调整错乱的腿间相序,生成静态稳定的自由步态.仿真实验验证了上述仿生机制的有效性。

课程设计任务书学生姓名：冀阳博专业班级：电气1001指导教师：龚跃玲工作单位：自动化学院1、题目: 机器人行走电路设计任务：设计一个能前进、后退的机器人行走控制电路。

要求：1)接通电源，机器人前进，行走一段时间后，机器人自动后退，退行一段时间后自动前行，周而复始。

2)机器人行走动力只能使用干电池，不能使用动力电源。

3)机器人前进、后退时间可调。

4）对设计电路进行仿真。

2、初始条件1.实验室提供万用表、信号发生器、直流稳压电源、示波器等设备。

2.学生已学习了大学基础课程和《电路》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电力电子变流技术》等专业基础课程。

3.主要参考文献1)《新编电子电路大全》第1、2、3、4卷中国计量出版社2)《传感器及其应用电路》何希才编著电子工业出版社3)《电力电子变流技术》黄俊王兆安编机械工业出版社4)《集成电路速查手册》王新贤主编山东科学技术出版社5)《集成电路速查大全》尹雪飞陈克安编西安电子科技大学出版社6)《晶体二极管手册》各种版本皆可7)《晶体三极管手册》各种版本皆可3、要求完成的主要任务1.课程设计结束时每个学生要交一份按统一格式要求撰写的课程设计说明书，并装订成册。

2.课程设计说明书中每个题目要求有方案比较、绘制方框图、电原理图，阐述电路工作原理、每个元器件的主要参数、设计电路的性能指标及电路仿真效果图等。

3.说明书中除个人签名外，其它文字、符号、图形或表格一律用计算机打印。

4.文字、符号、图形等必须符合国家标准。

5.独立完成设计任务，严禁相互抄袭。

4、时间安排设计时间为二周（6月25日—7月6日），安排如下：1．6月25日上午，指导教师讲授课程设计的有关基本知识等。

2．6月25日下午——7月1日学生查阅资料，完成初步设计。

3．7月2日——7月3日检查设计进度，答疑、质疑。

4．7月4日——7月5日完善设计，形成设计说明书电子文档。

4．7月5日——7月6日课程设计打印、装订、提交。

37《机器人技术与应用》2010年7月30日1 概述医疗与服务机器人是一种智能型服务机器人，它能够自主完成一系列的操作计划，依据实际环境状况做出相应的应变操作，处理突发事件，执行后续任务。

本文介绍的机器人是2010年中国机器人大赛医疗与服务机器人比赛项目一等奖获奖作品家庭护理机器人。

该机器人设计目的是为家庭老弱病残孕等行动不便者提供日常简单护理工作，比如为主人端茶送水、送饭、取送药瓶及服药提醒等，分担护理人员繁重琐碎的护理工作。

2 总体设计家庭护理机器人的一个主要功能是为主人端茶送水或取送药瓶等，这要求机器人必须能够感知到主人发出的指令，然后在一个较为复杂的环境中行走，有效抓取目的物并举起送到指定位置。

根据以上功能要求，我们设计机器人的总体电路原理如图1所示。

令机器人感知主人发出的指令，可实现的技术和方法很多，复杂的如语音识别技术、动作的图像识别技术，简单的如特定声音信息的识别技术等。

综合成本及功能的考虑，本设计采用特定声音信息的识别技术，主人可以通过简单易行的方法发出特定的声音信息指令，指挥机器人自主完成特定任务。

机器人要在家庭复杂环境中行走，必须对环境信息有一定的感知能力，如感知环境的声响变化，感知周围的存在物体，再通过测算与特定物体的距离，获知是否碰触到障碍等；或者能够感知特定的运行线路。

然后，机器人能够根据感知的信息，做出相应操作处理，比如沿特定的线路运行，并能够避开前方障碍；测算前方物体的距离或寻找并逼近特定的物体；根据人机对话做出相应操作等。

传感器与主控制器之间的通信采用I 2C总线方式。

这使得系统功能标准化，提升了系统的扩展能力。

3 硬件与结构设计硬件包括主控制器、传感器及驱动马达与传动机构等。

主控家庭护理机器人的设计明子成正德职业技术学院，江苏南京，211100摘要：本文介绍2010年中国机器人大赛医疗与服务机器人比赛项目一等奖获奖作品家庭护理机器人，具体阐述机器人的总体设计、硬件结构、软件调试等。