(完整版)六自由度机械手
目录
摘要 (2)
第一章绪论 (3)
1.1. 工业机器人概述 (3)
1.2机械手的组成和分类 (4)
1.2.1. 机械手的组成 (4)
1.2.2. 机械手的分类 (5)
第二章机械手的设计方案 (7)
2.1 机械手的“坐标形式”与“自由度” (7)
2.2 机械手的主要参数 (8)
第三章手部结构的设计 (9)
3.1 末端执行器的设计 (9)
3.1.1蜗杆蜗轮型号选择 (10)
3.1.2 驱动电机型号选择 (10)
3.1.3联轴器的选择 (11)
3.2 手腕回转装置设计 (11)
3.2.1 驱动电机的选择 (12)
3.2.2 锥齿轮的设计 (13)
第四章腕部结构设计 (16)
4.1 腕部俯仰结构设计 (16)
4.1.1 驱动电机的选择 (16)
4.1.2 内啮合齿轮的设计 (17)
4.2 手腕左右摆动结构设计 (18)
第五章肘部与肩部的设计 (19)
5.1 肘部结构设计 (19)
5.1.1 驱动电机的选择 (20)
5.1.2内啮合齿轮的设计 (21)
5.2 肩部结构设计 (22)
5.2.1驱动电机的选择 (22)
5.2.2 锥齿轮的设计 (23)
第六章底座的设计 (23)
6.1 驱动电机的选择 (24)
6.2 蜗轮蜗杆的选择 (24)
第七章：ADAMS 模型的建立与仿真 (25)
7.1 手部模型的建立 (25)
致谢 (29)
参考文献 (29)
摘要
本次所设计的作品是“六自由度机械手”。六自由度即：腰部回转、肩部摆动、肘部摆动、腕部左右摆、腕部俯仰摆和腕部回转，最终实现“末端执行器”的夹持动作。
方案一：所有传动均选用“齿轮传动”或者“蜗轮蜗杆传动”。总共需要7个伺服电机来驱动。首先，腰部电机主轴通过联轴器与蜗杆连接，蜗杆旋转带动蜗轮回转，从而蜗轮再带动底座实现360度回转。其次，肩部电机主轴通过联轴器与一个锥形齿轮连接，带动另外一个锥形齿轮进行双向旋转，从而实现肩部带动上臂的摆动动作。再者，肘部电机通过联轴器与一“内啮合”小齿轮连接，而大齿轮与前臂的端部通过平键来周向连接定位。从而电机带动小齿轮，小齿轮通过与大齿轮啮合旋转，带动前臂实现摆动动作。在前臂的末端连接手腕处，电机轴与手部直接连接，通过电机的正反转实现手腕的左右摆动。手腕的俯仰动作原理与肘部摆动原理类似，也是通过一对内啮合齿轮连接。腕部的回转与肩部的摆动原理相同，通过一对锥齿轮来实现。末端执行器通过蜗杆与一对扇形蜗轮进行双向旋转实现。
方案二：所有传动都通过“液压缸”来实现，其形式类似于挖掘机或推土机。最终实现“夹持功能”相同。这种方案优点是：可频繁换向，冲击小，可实现无级调速。不过相比第一种方案：需要专门的一套液压装置，结构复杂，容易漏油污染，而且其摆动角度较小。
因此综合考虑，选用第一种方案。
第一章绪论
1.1. 工业机器人概述
机器人是近几年发展起来的能模仿人的动作的一种产品。工业机器人由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感器装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化生产设备。特别适用于多品种、多批量的生产线中。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人堆环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说，它也是机器进化过程的产物，它是工业以及产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
机械手是模仿人手的部分动作，按照给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或者操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产。尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气和放射
性等恶劣环境中，它可以代替人进行正常的工作，意义更为重大。1.2机械手的组成和分类
1.2.1. 机械手的组成
机械手主要由：驱动系统、控制系统、执行机构以及位置检测系统装置等所组成。各个系统互相之间的关系如方框图所示：
（一）执行机构
包括：手部、手腕、手臂与底座等机构。
１.手部：
即与物体接触的部位。由于接触形式的不同，可分为夹持式和吸附式，本次课题中采用的是“夹持式手部结构”。夹持式手部又由手爪和传力机构构成。手爪与物体直接接触，采用双手指式平行结构。常用的传力结构又有回转型和平移型。回转型结构简单、制造容易，因此广泛使用。平移型虽然可夹持直径变化范围大的工件，但结构复杂，故应用较少。
２.手腕：
手腕是连接手部和手臂的部件，并可以用来调整被抓取物件的方位和抓取姿势。如：可左右旋转平移，也可以俯仰转动，并且可以
沿着轴线做360度回转。
３.手臂：
手臂是支撑被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按照预定的要求将其搬运到指定的位置。本次课题所用的机械手臂驱动及传动机构为：电机驱动，锥齿轮或者内啮合齿轮传动。
４.底座：
底座是整个机械手的支撑部件，也是执行其腰部进行360度回转的机构。而且机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于底座上。
（二）驱动系统
驱动系统是机械手执行机构运动的动力和传动提供装置。常用的驱动系统有：液压传动系统、气压传动系统、电力机械传动系统。目前工业机械手一般采用液压和电力两种，但考虑到环境和机构复杂程度，本次课题采用：电力机械传动机构。
（三）控制系统
控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制多采用程序控制系统和电气定位（或机械挡块定位）系统组成。
1.2.2. 机械手的分类
（一）按用途分
1.专用机械手：它是具有固定程序二五独立控制系统的机械装置。专
用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单等特点。适用
于大批量自动化生产线。
2.通用机械手：它是一种具有独立控制系统、程序可变，动作灵活多
样的机械手。它的驱动装置与控制系统是独立的。通用机械手
工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品
种的中小批量自动化生产线。
（二）按驱动方式分
1.液压传动机械手
以液压来驱动执行机构的机械手。主要特点是：抓重大、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封性要求严格，且易漏油污染，精度要求高，成本较高。
2.气压传动机械手
以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。主要特点是：动作迅速、结构简单、气源方便、成本低。但输送力较小，冲击较大，结构较大，不适合于小型机构。
3.电力机械传动机械手
以电机为驱动装置，并以机械传动机构（齿轮、蜗轮蜗杆、皮带轮等）来驱动机械手。它的优点是：运动速度快、行程长、维护使用方便、运动准确可靠，且对环境无污染。因此本次设计采用该种机械结构。
本次课题采用：（1）电机电力驱动；
（2）机械结构传动；
（3）夹持式手部结构；
（4）专用机械手。
第二章机械手的设计方案
2.1 机械手的“坐标形式”与“自由度”
按照机械手臂的不同运动形式及其组合情况，其坐标形式可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。由于本次课题所设计的机器人的手臂与人体上肢类似，采用了2个回转关节和4个弯曲关节，因此采用了典型的“空间关节式”机械手。如下图所示：
（图1）平面关节式（图2）空间关节式
综上可知，2个回转加上4个弯曲关节，总共有6个自由度。因此为：6自由度机械手。
2.2 机械手的主要参数
1.机械手的最大抓重：由于整体结构较小，又采用小型伺服电机驱动，
因此考虑抓取物体不应该太重，查阅相关机械手的设计参数，
最终得出：本设计机械手抓取最大重量为：550克。
2.基本运动速度：电机最大回转速度为：545度/秒，最小回转速
度为：261度/秒。经过中途传动与减速，最终到执行部分：末端执行器最大回转速度为：109度/秒；
腰部回转速度约为：60度/秒；
肩部与肘部摆动速度约为：60度/秒。
3.机械手的技术参数列表：
（一）用途：
用于自动输送流水线的上下料。
（二）设计技术参数：
1.坐标形式：空间关节式
2.最大抓重：550克；
3.最大工作半径：550mm
4.基座高：200mm
5.上臂长（肩到肘）：150mm
6.前臂长（肘到腕）：200mm
7.腕到手爪中心：200mm
8.各回转范围：360度
9各旋转范围（摆动）：180度
10. 末端执行器最大回转速度为：109度/秒 ；
11.腰部回转速度约为：60度/秒 ；
12.肩部与肘部摆动速度约为：60度/秒；
13.机械手自重：约 5000克；
14.手指夹持范围：棒料：60120??→
15.手爪：内宽 80mm ；手长 100mm ；手指高 20mm 。
第三章 手部结构的设计
3.1 末端执行器的设计
本次设计末端执行器为“夹持式”，是双手指结构。并且采用了“扇形蜗轮蜗杆”结构，电机可带动蜗杆进行双向回转，蜗杆带动左右两个扇形蜗轮进行旋转，从而再动动两根手指实现夹持或分开动作。具体结构如下图所示：
其中：两手指内侧之间距离：L = 80mm ；
扇形蜗轮半径：R = 30 mm ；
支点与手心距离：b=60 mm ；
3.1.1 蜗杆蜗轮型号选择：
由于两指间内侧距离为：L = 80 mm ；扇形蜗轮半径：R = 30 mm ；因此蜗杆分度圆直径应选取为：d = L-2R = 20 mm ；所以选取蜗杆为：
模数：m = 1.6 mm ；
分度圆直径：d = 20 mm ；
蜗杆头数：1
z 1= ；
导程角：3426=4γ?”’； 蜗轮齿数：Z = 51
； 扇形蜗轮中心角：90θ=o .
3.1.2 驱动电机型号选择：
所夹持重物：550 g ；即：G = 5.5 N ；
橡胶与金属之间静摩擦系数：f=0.5 ； 因此所需的夹持力：G 5.5F 11()f 0.5
N === ； 又因为：R F b F ?=?扇轴 ，故可得：22N F =轴 ；
设 F ’ 为蜗杆圆周力，因此有：F sin cos F γγ??=轴’ ，解得：
F =N ’274 ;
蜗杆半径：R=10mm = 0.01 m ，故有：'
2.74()M=F R N M ?=g 因此选用电机型号如下：
内芯式805BB 系列电机：双滚珠轴承，定制内置式芯片；
6.0伏扭矩：2.74N M g ；
6.0伏速率：429度/秒 ；
尺寸：66X30X58毫米 ；
重量：152克 .
3.1.3 联轴器的选择：
由于机器起动时的动载荷和运转中可能出现的过载现象，所以应该按照轴上的最大转矩作为计算转矩：ca A T =K T 。其中：
T = 2.74N M g ； 经查表可知：A 1.5K = ；因此：
ca A T =K T 2.74 1.5 4.11N M =?=g （） ;
又根据轴的直径、蜗杆直径，故选择的联轴器应为：承受至少
4.5N M g 转矩，且轴孔直径为d=22mm 的联轴器。
3.2 手腕回转装置设计
考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件放置位置不确定，因此手腕必须设有回转运动才可以满足工作的要求。手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构是电机带动一对锥齿轮的运动。具体
结构如下图所示：
3.2.1 驱动电机的选择：
手腕转动时 需要的驱动力矩可以按以下公式计算：
M M +M M =+驱惯偏摩
式中：M 驱— 驱动手腕转动的驱动力矩（N cm g
） ； M 惯— 惯性力矩（N cm g
） ； M 偏— 参与转动的零部件的重量（包括工件、末端执行器手
爪）对转动轴线所产生的偏重力矩（N cm g
） ； M 摩— 手腕处轴与前臂端部的摩擦阻力矩（N cm g ）。
１. 手腕加速运动时所产生的惯性力矩：
设手腕转动时的角速度为 ω ，起动所用的时间为：t ? ，则：
1M J+J N cm t
ω=?g 惯（）（） 式中：J —参与手腕转动部件对转动轴线的转动惯量
2N cm s g g （） ；
1J —工件对手腕转动轴线的转动惯量2N cm s g g （） ；
（上式中：默认工件中心与转动轴线重合）
２. 手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩：
1133M G e G e N cm =+g
偏（） 式中：3G —手腕转动件的重量（N ）;
3e —手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距（N ）； 当工件的重心与手腕的转动轴线重合时，则：11G e 0=。
3．手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩M 摩与选用的各装置类型有关，
应该根据具体情况加以分析。
综合上面所述与已有机械手数据作对比，可以得到所采用的电
机型号为：
225系列伺服电机（旋转手腕使用）：3极费莱特马达，
6.0伏扭矩：0.48N M g ;
6.0伏速率：545度/秒 ;
尺寸：32.4X16.8X31毫米 ;
重量：27克 .
3.2.2 锥齿轮的设计：
机械手的回转运动时通过电机与联轴器的连接并功过一对“直齿圆锥齿轮”传动连接实现。锥齿轮预定传动比：i
3= 。结
构图如下（图1）：
（图1）直齿圆锥齿轮（图2）直齿锥齿轮传动的几何参数
设齿数比：u ；锥距：R ；分度圆直径：1
20
d mm
=
、2
60
d mm
=
；平均分度圆直径：1m
d
、2
m
d，当量齿轮分度圆直径：1V
d、
2
V
d。之间关系如下：
齿数比：
11
22
3
z d
u i
z d
====
锥距：
222
12
1
1
32
222
d d u
R d
+
????
=+==
? ?
????；
12
12
10.5
m m
d d b
d d R
==-
，一般取：R
b1
=
R3
?=，于是：
()
m11R
1
d d10.5=201-0.516.66mm
3
φ??
=-??=
?
??
（）
；
()
m22R
1
d d10.5=601-0.550.0mm
3
φ??
=-??=
?
??
（）
；
由于：12u cot tan 3δδ=== ，因此可得：
118δ=o
； 272δ=o
；于是当量支持圆柱齿轮的分度圆半径
与平均分度圆直径的关系式为：
2cos m V d r δ= ， 因此可得当量圆柱齿轮分度圆直径为：
11116.66216.8()2cos cos18
m V d d mm δ=?==o ； 22
2502162()2cos cos 72m V d d mm δ=?==o ； 用 m m 表示当量直齿圆柱齿轮的模数，且有：
()10.5m R m m φ=- ， 其中：1212
d d m z z == 。 根据实际情况，可以暂定锥齿轮模数为： 1.25m mm = ， 因此：11.2510.513m m ??=?-?= ??
? ；因此当量齿数为： 1116.8171V V m d z m === ； 221621621
V V m d z m === ； 当量齿轮的齿数比：2211629.517
V V V Z u u Z ===≈ 。 由于该对锥齿轮带动的是手腕的转动，因此所有“齿面接触应力”与“齿根弯曲应力”都比较小，因此受力分析略去。所用材质也可以
选择通用材料，如：45号调制钢或者40Cr 等。
第四章 腕部结构设计
4.1 腕部俯仰结构设计：
本次对手腕的俯仰设计采用的结构是电机通过联轴器连接，并通过一对“内啮合齿轮”传动来实现俯仰转动。具体结构如下图所示：
其中小齿轮的轴与电机通过联轴器来连接；大齿轮与手腕端部过盈配合。小齿轮可以通过电机的双向旋转而进行双向转动，带动大齿轮以一定转速旋转，从而带动手腕实现俯仰摆动。
4.1.1 驱动电机的选择：
该处的电机轴上所承受的力矩等于整个手部的“总重量”与相应地“力臂”乘积，然后再通过齿轮传动比 i 换算出来。具体步骤如下：
工件最大重量：1G mg 0.559.8 5.39N ==?=（） ；
手爪重量：2G mg 0.359.8=3.43N ==?（） ；
力臂长约：L 120mm 0.12m ==（）（） ；
因此所受扭矩为：
12M=(G +G )L=(5.39+3.43)0.1=0.882(N M)??g ；
又由于齿轮传动比及小齿轮与电机之间的直径之比总和为：
i 3= ；
所以最终可得：'0.8823 2.646()M
M i N M =?=?=g ；
所选择的电机为：
内芯式805BB 系列电机：双滚珠轴承，定制内置式芯片；
6.0伏扭矩：2.74N M g ；
6.0伏速率：429度/秒 ；
尺寸：66X30X58毫米 ；
重量：152克 . 4.1.2 内啮合齿轮的设计：
由于所受到的力较小，因此只对其“齿根弯曲强度”进行计算。 大、小齿轮直径：110D mm = ；230D mm = ；
小齿轮承受转矩：
' 2.646()M N M =g ； 小齿轮圆周力：'11322 2.6461176.4()0.013
t D M F N D D ?=?=?= ； 齿轮载荷系数：
1.00 1.05 1.20 1.10 1.386A V K K K K K αβ==???= ； 小齿轮齿数：120Z = ;
因此对应的齿形系数 : 2.8FA Y = ;
齿宽：20()b mm = ； 模数：110.010.0005()20
D m m Z === ； 因此齿根危险界面的弯曲应力为：
1.386176.4
2.868.5()0.020.0005
t FA FO KFY MPa bm δ??==≈? 。 因此综上所述，所选择小齿轮的参数为：
齿数：1
20Z = ； 齿宽：20()b mm = ；
直径：1
10D mm = ； 模数：0.0005()m m = ；
许用应力：[]68.5()FO MPa δδ≤= 。
（大齿轮参数尺寸从略）……
4.2 手腕左右摆动结构设计：
本次课题所设计的手腕的左右摆动形式是直接由电机来带动。具体结构简图如下：
由于手腕的摆动由电机直接驱动，因此只需计算电机参数即可。 前端总重量：
5.5 5.0 3.013.5N G G G G =++=++=爪腕物（） ； 由于存在一定的弯矩，因此根据“杠杆定理”可得：
'G 13.5G 67.5N 3i
15===（） ； 摩擦系数：f 0.1=，因此： 电机提供的力为：'G 13.5F=135N f 0.1
==（） ；又有： 电机轴半径：R 4mm = ，所以可得：
电机转矩：M=F R=1350.004=0.54(N M)??g
；
电机型号和参数如下：
标准金装475系列伺服电机（旋转腕）：3极马达 ；
6.0伏扭矩：0.55 N M g ；
6.0伏速率：333度/秒 ；
尺寸：38.8X19.8X36毫米 ； 重量：40克 。
第五章 肘部与肩部的设计
5.1 肘部结构设计
肘部采用和手腕部的俯仰弯曲同样的结构，也是电机提供动力，然后通过一对内啮合齿轮传动，实现弯曲功能。弯曲角度范围：0-180度。具体结构图如下：
其中小齿轮的轴与电机连接；大齿轮与前臂端部过盈配合。小齿轮可以通过电机的双向旋转而进行双向转动，带动大齿轮以一定转速旋转，从而带动前臂实现上下弯曲摆动。
5.1.1 驱动电机的选择：
肘部电机所承受的扭矩与手腕部相比要大一些。计算方法类似，具体计算过程如下：
工件最大重量：1G mg 0.559.8 5.39N ==?=（） ；
手爪重量：2G mg 0.359.8=3.43N ==?（） ；
前臂与手腕重量：3G =mg 0.59.8 4.9()N =?= ；
手臂伸直时，力臂长约：L 205mm 0.205m ==（）（） ；
因此所受扭矩为：
123M=(G +G +G )L=(5.39+3.43+3.9)0.205 2.6(N M)??≈g 又由于齿轮之间传动比和小齿轮与电机的半径比总和合约为：'i 1.5= ；
所以最终可得小齿轮承受转矩：
'' 2.6 1.5 3.9()M M i N M =?=?=g 。
因此最终选择的电机参数和型号为：
“慧鱼模型”三自由度机械手
湖北理工学院毕业设计（论文） “慧鱼模型”三自由度机械手 设 计 小 册 学院：机电工程学院 班级：机械设计与制造 指导老师： 姓名：学号：201030120130 湖北理工学院毕业设计（论文） 一、概述 ............................................................ 1 1.1机电一体化技术 ................................................... 1 1.1.1机电一体化技术的定义和内容 (1) 1.1.2机电一体化系统组成 (1) 1.2. 慧鱼机器人 ..................................................... 2 1.2.1慧鱼创意教学组合模型简介 (2) 二、机器人的组成 .....................................................
2.1组成构件 ......................................................... 3 2.2慧鱼机器人分析 ................................................... 6 2.2.1机器人机构组成 (6) 2.2.2主要成分构成及功能 (7) 2.3. 机器人的工作空间形式 ............................................ 9 2.4机器人的机械运动形态和变换控制 .................................. 11 2.5机器人的位移、速度、方向的控制方法 (13) 湖北理工学院毕业设计（论文） 一、概述 1.1机电一体化技术 1.1.1机电一体化技术的定义和内容 机电一体化技术综合应用了机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术,接口技术及系统总体技术等群体技术,从系统的观点出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标,以智能、动力、结构、运动和感知等组成要素为基础,对各组成要素及相互之间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究,使得整个系统有机结合与综合集成,并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下,形成物质和能量的有规则 运动,在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 1.1.2机电一体化系统组成 1.机械本体机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。 2.检测传感部分检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。 3.电子控制单元电子控制单元是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行。 4.执行器执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。 5.动力源动力源是机电一体化产品能量供应部分，是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压
自由度机械手设计
设计说明书 课题：凸轮轴加工自动线机械手 班级：数控69902 设计：沈晓春 审核： 二00五年九月
目录 一、目录 (2) 二、前言 (3) （一）机械手的用途说明 (3) （二）设计机械手的目的、意义 (3) （三）设计指导思想应达到的技术性能要求 (4) 三、设计方案论证 (5) （一）机械手的原始依据 (5) （二）机械手的运动方案论证 (6) 四、机械手各组成部件设计计算 (8) （一）抓取机械设计 (8) （二）手腕机构 (12) （三）手臂设计 (14) （四）缓冲装置设计 (22) （五）定位机构设计…………………………………………………………………………………
25 （六）机械手驱动系统设计 (25) 五、机械手控制系统设计 (25) 六、设计总结 (26) 七、参考文献 (27) 二、前言 （一）机械手的用途说明 机械手是模仿人手工作的机械设备。实验用机械手的设计，是指机械手臂在一定范围内的摆动，手臂的垂直方向的上下移动及手爪的伸缩运动组成。由启动系统实现各运动的驱动。它的主要作用是将工件按预定的程序自动地搬运到需要的位置，或者保持工具进行工作。机械手是利用PLC控制整个系统实现各种运动的自动化控制，且能用于教学演示。 （二）机械手的目的、意义 机械手是模仿人手的动作，生产中应用机械手可以提高自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度，保证产品质量，实现安全生产，尤其在恶劣的劳动条件下，它代替人作业的意义更加重大。因此，在机械加工中得到越来越广泛的应用。
目的是，我们对机械手的设计步骤有一定的平衡了解；也能基本掌握机械设计的方法；综合运用学过的理论知识；全面复习绘图技巧，并较好的运用于毕业设计绘图上。通过这次设计，使我了解到，自动控制的对象主要是单机或某个生产过程，智能控制则包括控制对象及整个工作环境或整个生产过程；自动控制的目标是使在系统控制的某个状态下，尽量消除环境对系统的影响，智能控制关心的使最终状态或现行状态是否合乎要求。因此，要充分考虑环境的影响；自动控制的学习来源重要是对象的状态的反馈，所以智能控制需要一个庞大的数据库；自动控制理论着重描述对象的数学模型，然后，通过各种控制算法进行控制，以达到目的，智能控制着重直接控制经验。（三）设计的指导思想，应达到的技术性能要求 结构简单：设计为三自由度的机械手臂，运动形式简单，可以把手臂设计成为沿导向装置运动，直接选用标准规格的液压缸和内胀式机械手爪，无须另行设计。 外观不要有手臂堵塞外形：设计尽量要求安装方便，各非标准件加工方便。因此，不必设计成套形式，管道也不必安排在手臂内部，可以采用软管直接连接。 本次设计的手臂不要光用于工业生产，因此，对各部件的加工精度及安装要求不高，可以在通用机床上加工完成。
六自由度机械手设计
机械设计课程设计说明书 六自由度机械手 TOPWORK 上海交通大学机械与动力工程学院专业机械工程与自动化 设计者： 李晶(5030209252) 李然(5030209316) 潘楷 (5030209345) 彭敏勤 (5030209347) 童幸 (5030209349) 指导老师：高雪官 2006616
、八— 刖言 在工资水平较低的中国，制造业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业 的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自 动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、 华东沿海地区的中国本土制造厂也开始对机械手表现出越 来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交 货周期缩短带来的挑战。 机械手可以确保运转周期的一贯性，提高品质。另 外，让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定， 而且也更加安全。同时，不断发展的模具技术也为机械手 提供了更多的市场机会。 可见随着科技的进步，市场的发展，机械手的广泛应用已渐趋可能，在未来的制造业中，越来越多的机械手将 被应用，越来越好的机械手将被创造，毫不夸张地说，机 械手是人类是走向先进制造的一个标志，是人类走向现代化、高科技进步的一个象征。因此如何设计出一个功能强大，结构稳定的机械手变成了迫在眉睫的问题。
目录 一.设计要求和功能分析 4 - ?- ■基座旋转机构轴的设计及强度校核 5 三.液压泵俯仰机构零件设计和强度校核 8 四.左右摇摆机构零件设计和强度校核 11五.连腕部俯仰机构零件设计和强度校核 14六.旋转和夹紧机构零件设计和强度校核 19七.机构各自由度的连接过程 25八.设计特色 28九.心得体会 28十.参考文献30 一. 任务分工31 十二.附录（零件及装配图）31
六自由度机械手重载搬运机器人本体结构设计(全套CAD图纸)
全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305 XX学院 毕业设计说明书(论文) 作者: 学号： 学院(系): 专业: 题目: 重载搬运机器人本体结构设计【六自由 度机械手】 2015 年5月
全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305 毕业设计说明书（论文）中文摘要 机械手是一种典型的机电一体化产品，搬运机械手是机械手研究领域的热点。研究搬运机械手需要结合机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸多学科知识，同时其自身的发展也促进了这些学科的发展。 本文对一种使用在搬运机械手的结构进行设计，并完成总装配图和零件图的绘制。要求对机械手模型进行力学分析，估算各关节所需转矩和功率，完成电机和减速器的选型。其次从电机和减速器的连接和固定出发，设计关节结构，并对机构中的重要连接件进行强度校核。 关键词：结构设计，机器臂，关节型机械手，结构分析
毕业设计说明书（论文）外文摘要
目录 1 绪论 (1) 1.1 引言 (2) 1.2 搬运机械手研究概况 (3) 1.2.1 国外研究现状 (3) 1.2.2 国内研究现状 (4) 1.4 搬运机械手的总体结构 (5) 1.5 主要内容 (5) 2 总体方案设计 (6) 2.1 机械手工程概述 (6) 2.2 工业机械手总体设计方案论述 (7) 2.3 机械手机械传动原理 (8) 2.4 机械手总体方案设计 (8) 2.5 本章小结 (10) 3 机械手大臂结构设计 (1) 3.1 大臂部结构设计的基本要求 (1) 3.2 大臂部结构设计 (2) 3.3 大臂电机及减速器选型 (2) 3.4 减速器参数的计算 (3) 3.5承载能力的计算 (7) 3.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算 (7) 3.5.2 柔轮疲劳强度的计算 (7) 3.6 轴的计算校核 (8) 3.7 大臂的平衡设计 (11) 3.7.1 弹簧的受力分析 (11) 3.7.2 弹簧的设计计算 (14) 4机械手小臂结构设计 (18) 4.1 腕部设计 (18) 4.2 小臂部结构设计 (31)
机械工程及自动化专业毕业设计论文-多自由度机械手设计
前言 1.1 课题背景及意义 机械手通过运动控制芯片、单片机、可控制编程器等来控制电机、气缸、液压缸的运动，从而模仿人手和臂的某些动作，按固定程序实现物体的抓取。它可代替人的劳动，也可以在有害环境下保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、电子、原子能等部门。目前机械手主要用于以下几个方面。 (1).恶劣的工作环境和危险的工作 在核工业中，核产品具有较强的放射性，为了人员的安全，需要机械手来完成相关的清理工作。 (2).自动化生产领域 主要用于生产上实现自动化。如当机械手末端夹持焊枪时，可以对汽车或摩托车的车体进行点焊或弧焊作业。 (3).在特殊作业场合进行极限作业 在一些高危领域经常要用到机器人去探索。目前研制出了螃蟹机器人，用于水下勘测、海洋搜寻及石油天然气的勘测。 (4).农业生产 目前研制出了太阳能农用机器人，他可以找到隐藏在农作物中的杂草，通过机械手隔断杂草，同时还可以利用机械手喷洒除草剂。 (5).军事应用 在军事应用中，军人执勤经常会遇到危险，这就需要机器人帮助完成执勤任务，当今世界机器人竞争很激烈，要在这个激烈的国际竞争中立于不败之地,就需要有我国自己的机器人产业，未来世界高科技的竞争更重要的则是人才的竞争。因此,从现在开始就应该注意培养后备力量。机械手是机器人产业的典型代表,因此可以用来作为教学应用的示例。 机械手为典型的机电产品，包含了驱动元件，控制元件，信息处理元件，执行机构，传动机构，机械本体等组成元素，并且具有控制能力强，改变控制程序灵活方便、可靠性高等特点，为学生提供了良好的学习工具。它将现代工业与教学联系在了一起，通过控制—执行这整个的过程使学生对所学的知识有一个更好的认识，从而激发学生的学习兴趣。随着当今计算机技术的飞速发展，它已突破纯开关量控制的局限，进入模拟量控制等领域。通过该机械手的教学开拓了学生专业视野，为他们迎接就业和深造的挑战打下坚实的基础。
(完整版)具有五个自由度的机械手设计毕业论文设计
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；
Abstract The 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;
3个自由度机械手设计
第一章引言 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 1.1 机械手的分类 机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。
四自由度搬运机械手的设计毕业论文
四自由度搬运机械手的设计毕业论文 1引言 1.1机械手研究的背景及其意义 机械手是当今世界的科技革命发展飞速变革的必然产物，它的出现标志着现今的工业、制造业水平发展到了前所未有高水平阶段。最初出现的机械手只是应用在航空航天和海洋勘探等高端科技领域，随着近几十年来计算机在科技领域全面应用，科技革命的变革也加速了科学技术的蓬勃发展。在此背景下机械手技术也在飞速发展，并且在其应用领域也不断地深入、飞速地拓宽，特别是近些年来机械手在现代制造业领域更是得到了非常广泛的应用。由于机械手是通过预先编写好的程序来控制其动作次序和轨迹，所以机械手可以代替人力去完成那些单调的、重复的、特别是对于人类来说毫无意义的工作，除此之外机械手还能够在恶劣的环境中完成那些人类不想完成的或不能完成的工作，特别是在一些危险的工作环境或者是对精度要求较高的工作条件之下，机械手相比较人力有得天独厚的优势——机械手在某些邻域能够完全替代人力，将人类从脏、乱、差的工作环境中解放出来，这是人类社会几千年来的又一次变革和人类生活方式的又一次蜕变。特别是近几十年来工业、制造业领域在机械手的广泛应用下发生了伟大的变革，在此背景下整个社会的生产力水平、产品生产质量和生产效率大大提高，与此同时在工业生产中现代工人的劳动强度也大大降低。 机械手技术虽然发展迅猛，但现在市场上的机械手大多还处在高端应用领域，价格也相对昂贵，不能满足低成本、低层次应用领域的需求。所以本课题希望设计出一种成本低、应用层次相对较低的机械手，填补这一领域市场的空白，这对
于工业、制造业领域以及人类社会的发展都具有及其重要的意义和价值。在机械手技术领域中，机械手在模型设计上，四自由度机械手是机械手产品中的典型设计模型，在技术上，四自由度机械手技术门槛相对较低——四自由度便于设计和实现，在应用层面上，四自由度机械手对于一般的重复性工作条件完全满足，在成本上，四自由度机械手在满足一些复杂动作的工作条件下便于实现低成本，也就说其性价比相对较高，所以本论文以《四自由度搬运机械手》为课题进行研究旨在设计出一个比较实用的、成本低的、具有一定的实际应用价值的机械手。1.2机械手的研究现状和发展前景 机械手是现代工业革命变革、现代工业水平高度提高催生的一种新技术产品，从较高应用层次来说，机械手是集机械设计、计算机程序控制等多领域知识和多种设计方法于一身的一种新型自动化装备，特别是近年来互联网、大数据的出现和应运机械手已开始从自动化向智能化领域迈进。机械手虽然在近几十年来才出现，其发展历史并不算太长，机械手最早起源于美国，接着又在德国、日本等工业发达国得到了飞速发展，然而我国近十年来虽然工业发展迅猛，可机械手在工业领域的应用才刚刚起步，机械手设计的技术水平同国外仍有很大差距，特别实是在机械手的高端应用领域，主要体现在机械手的可靠性和精度指标上面。 近年来机械手在工业、制造业领域的应用突飞猛进，这对于工业文明的进步产生了“雪崩式效应”，越来越多的无人化工厂随着机械手的发展如春笋般涌现。随着进入21世纪以来，互联网技术飞速发展，工业、制造业领域正发生着一场伟大的变革，从美国的“工业互联网”到德国的“工业 4.0”，再到“中国制造2025”，世界工厂已经开始由“无人化工厂”向“智能化工厂”转变，在此历
六自由度机械手设计说明书
六自由度机械手设计说明书
设计参数
摘要 随着现代科技和现代工业的发展，工业的自动化程度越来越高。工业的自动化中机械手发挥了相当大的作用，小到机床的自动换刀机械手，大到整个的全自动无人值守工厂，无一不能看到机械手的身影。 机械手在工业中的应用可以确保运转周期的连贯，提高品质。另外，由于机械手的控制精确，还可以提高零件的精度。机械手在工业中的应用十分广泛，如：一、以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 二、以改善劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。 应用前景 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用
四自由度机械手控制系统设计
前言 可编程控制器是20世纪70年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内的机床设备已越来越多采用PLC控制系统采用控制系统取代传统的继电—接触器控制系统小；价格上能与继电—接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传播数据等。 本课题是基于PLC控制四自由度机械手运行。 工业机械手是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。有着广阔的发展前途。本课题通PLC自动控制对机械手实现机械手规定动作并实现回原点、手动方式和自动方式三种工作方式的选择，并对系统进行运行效率分析。
摘要 随着工业机械手的进一步发展，其发展将更趋向于人性化、智能化并将在更加广泛的领域得到应用。机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。通过对机械制造与自动化大学专科三年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，确定机械手的工作原理和运动机理。设计了一种四自由度机械手，采用可编程序控制器（PLC）设计其控制系统,以提高其工作的稳定性能。 关键词：机械手梯形图 PLC 电磁阀 Abstract With the further development of industrial robots, and its development tends to be more humane, intelligent and in a wider range of applications. Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine, it can be scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment, industrial automation, promote the production of industrial production of the further development plays an important role .Manipulator noted extensively and welcome by people for it has powerful vitality. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level.Mechanical manufacturing and automation through the junior college for three years to integrate the knowledge of industrial manipulator mechanical structure and function of various parts of exposition and analysis to determine the robot motion principle and mechanism.Design a four-DOF manipulator to enhance the stability of their work for using the programmable logic controller to control system. Keywords: Manipulator Ladder diagram PLC Solenoid valve
六自由度转动关节工业机器人调查报告
六自由度转动关节工业机器人调查报告 一 ,定义 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。 戴沃尔提出的工业机器人有以下特点:将数控机床的伺服轴与遥控操纵器的连杆机构联接在一起，预先设定的机械手动作经编程输入后，系统就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人还可以接受示教而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记录在存储器内，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下依次再现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“示教再现”。
1962年美国推出的一些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形主要由类似人的手和臂组成。后来，出现了具有视觉传感器的、能识别与定位的工业机器人系统。 当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。目前，对全球机器人技术的发展最有影响的国家是美国和日本。美国在工业机器人技术的综合研究水平上仍处于领先地位，而日本生产的工业机器人在数量、种类方面则居世界首位。 具体的特点如下： （1）技术先进工业机器人集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体，通过对过程实施检测、控制、优化、调度、管理和决策，实现增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环境污染，是工业自动化水平的最高体现。 （2）技术升级工业机器人与自动化成套装备具备精细制造、精细加工以及柔性生产等技术特点，是继动力机械、计算机之后，出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具，是实现生产数字化、自动化、网络化以及智能化的重要手段。 （3）应用领域广泛工业机器人与自动化成套装备是生产过程的关键设备，可用于制造、安装、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车整车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版
单片机六自由度机械手控制程序
单片机六自由度机械手控制程序 #include
void init(void); void EXT1_INT(void) { EX1=1; IT1=1; EA=1; } void EXT0_INT() { EX0=1; IT0=1; EA=1; } void EXT1_INT_SRV() interrupt 2 { i++; } //主程序 void main() { while(1) {if(k1==0) {reservo();//电机复位程序break;} } EXT1_INT();//中断初始化 if(i!=0&&i%6==0)
六自由度机械手复杂运动控制
本文以示教型六自由度串联机械手为试验设备，进行机械手的复杂运动控制，使机械手完成各种复杂轨迹的运动控制等功能，能够在现代工业焊接、喷漆等方面的任务。 本文从运动学分析的基础上着手研究轨迹控制的问题，利用运动学逆解的方式分析复杂轨迹运动的可行性和实用性。目前，六自由度机械手的复杂运动控制已经有了比较好的逆解算法，也有一些针对欠自由度机械手的逆解算法。逆解算法求出的解不是唯一的，它能使机械手达到更多位姿，完成大部分的原计划任务，但其中的一些解并不是最优化的，因此必须讨论其反解的存在性和唯一性。 本文通过建立机械手的笛卡尔坐标系，推导出机械手的正、逆运动学矩阵方程，并研究了正、逆运动学方程的解；在此基础上建立机械手的工作空间，并讨论其工作空间的灵活性和存在可能性。因此本文的另一种方式对六自由度串联机械手的复杂运动控制问题进行研究，提出以机械手示教手柄引导末端执行器对复杂运动轨迹进行预设计。然后通过记录程序进行复杂轨迹的再实现，再对记录程序进行预修改，最终通过现有的程序进行设计编程完成复杂轨迹设计任务。并利用MATLAB对轨迹进行仿真，对比其实际与计算的正确性。 最后本设计通过六自由度串联机械手实现平面文字轨迹，得出其设计的方式。即首先利用示教手柄实现轨迹预设，记录预设轨迹程序，然后再对比程序初始化坐标进行手动编程。 关键词：六自由度机械手，笛卡尔坐标系，运动学方程，仿真，示教手柄ABSTRACT
In this paper, mechanical hand control the complex movement based on the series of six degrees of freedom manipulator so that the mechanical hand complete the complex trajectory of the movement control functions. In modern industrial welding, painting, and other aspects of the mandate can be used. This article based on the analysis of kinematics to study the trajectory control problems, use of inverse kinematics of the complex mode of tracking movement of the feasibility and practicality. At present, the six degrees of freedom manipulator complex movement has been relatively good control of the inverse algorithm.There are also some less freedom for the inverse of the manipulator algorithm. Solutions sought by inverse algorithm is not the only solution, it can reach more manipulator Pose, originally planned to complete most of the task.But some of these solutions is not the most optimal, it is necessary to discuss their anti-the existence of solutions and uniqueness. Through the establishment of the manipulator Cartesian coordinates, derived manipulator is the inverse kinematics matrix equation and the study is the inverse kinematics of the equation solution on the basis of this establishment manipulator working space. And discuss their work space The flexibility and the possibility exists. So in another way to the six degrees of freedom series manipulator motion control the complex issues of research, to handle the machinery Shoushi guide for the implementation of the end of the complex pre-designed trajectory. Then track record of the complicated procedure to achieve, and then record the pre-amended procedures.The eventual adoption of the existing procedures designed trajectory design of complex programming tasks. And using MATLAB simulation of the track, compared with its actual calculation is correct. The final design through six degrees of freedom series manipulator track to achieve flat text, draw their design approach. That is, first of all use of teaching handle achieve trajectory default the track record of default procedures, and then compared to manual procedures initialized coordinate programming. key words：Six degree-of-freedom manipulators，Cartesian coordinates，Equations of motion，Simulation，Demonstration handle.
慧鱼四自由度机械手说明书
课程设计说明书 设计名称：综合课程设计 题目：机械模型的远程控制 ——四自由度机械手 学生： 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学号： 指导教师： 日期：2013年12月25 日
目录 一．课程设计的主要容和任务分析 (1) 二．机构模型的的原理图及工作原理 (1) 2.1 总体工作流程 (2) 2.2 前后运动部分 (2) 2.3 左右转动部分 (3) 2.4 上下运动部分 (5) 2.5 机械手转动部分 (5) 2.6 机械手开闭合部分 (5) 三．远程控制系统的工作原理 (5) 四．慧鱼接口板的处理器操作模式的选择以及计算机与接口板的通讯 (6) 4.1 慧鱼接口板概述 (6) 4.2 微处理器的两种处理模式 (6) 4.3 计算机与接口板通讯 (7)
五．客户端程序中主要功能模块的设计过程 (8) 六．结论及心得体会 (13) 七．参考文献 (13) 一．主要容和任务分析 利用德国慧鱼公司的“智能创意教具”模型设计、装配出较有创意的机构或机械设备模型，模型完成之后应用VB开始编程以及对程序的调试最终能完成对模型的远程控制。 认真复习机械原理、机械设计、自动生产线、VB的基本知识以及学习新的知识（主要为mscomm、winsock、timer三种控件的使用）等。在实验室熟悉慧鱼模型的元件及其撘建方法，参考现有的模型基础，然后设计出有创意的机械模型。 二、机构模型的的原理图及工作原理
2.1 总体工作流程 作品拟实现的主要功能有以下五个运动：①前后运动；②左右转动； ③上下运动；④手爪顺逆时针转动；⑤手爪的开闭合。全景图如下： 2.2 前后运动部分 如图1所示，其工作过程为：向前运动时，电动机1正转，通过减速箱2减速，再通过齿轮链条3的传动将动力传到蜗杆4。此时限位开关5常开开关打开，蜗杆4旋转将底盘7向前运动，底盘到达最前端，此时，限位开关6常开关开闭合，向前运动完成，电动机1停止。向后远动时，电动机1反转，回程至限位开关4闭合时，电动机1停止。
六自由度机械手三维运动仿真研究
收稿日期: 2005 03 11;修返日期: 2005 05 24 基金项目:国家 863 计划资助项目(2001AA 423230);中新联合研究计划项目;湖北省自然科学基金(2003ABA 002) 六自由度机械手三维运动仿真研究 * 陈幼平,马志艳,袁楚明,周祖德 (华中科技大学机械科学与工程学院,湖北武汉430074) 摘 要:以六自由度机械手三维运动仿真为背景,介绍了利用Ope nGL 实现机械手运动仿真的有效方法,重点分析 了机械手运动学模型的构建以及运动轨迹规划的实现。对于一般的机械手运动仿真系统,该实例具有一般普遍性。关键词:Open GL ;机械手;三维运动仿真;轨迹规划 中图法分类号:TP242 文献标识码:A 文章编号:1001 3695(2006)06 0205 03 R esearch on S i m u l ati on of 3D M oti on for 6 DOF M an i pu lator C HEN Y ou p i ng ,MA Zh i y an ,YUAN Chu m i ng,ZHOU Zu de (Colle g e o f M ec han ic a l Sc i ence &E ng i n ee ring,Huazhong Universit y of S cie n c e &T ec hnology ,W uhan Hu bei 430074,Ch i na ) Abstract :The effecti ve met hod of a sm i u lati on syste m ofm anipu l atorw it h Open GL based on t he sm i ulati on of 3D m otion for 6 DOF m an i pu lator i s presented .The constructi on of k i neti cm odel and pat h p lann i ng are anal yzed e m phaticall y .To the usual 3D sm i u lati on syste m ofm anipu l ator ,the instance is un i versal reference .Key words :Open GL ;M an i pu l ator ;Sm i ulati on of 3D Moti on ;Path Planni ng 科学可视化、计算机仿真和虚拟现实是近年来计算机仿真领域的三大热门技术,而这三大热门技术的核心均是三维真实感图形的显示与交互。其中机器人三维运动仿真技术在机器人的研究与应用中发挥着重要的作用。它对于在实际工作中机器人行走路径的生成、工作空间防碰撞等具有十分重要的现实意义[1,2]。 在我国某些核电站的设备检修工作中,目前采用的机器人检修系统全部是国外的软硬件设备。在使用过程中,对于工作对象的尺寸变更难以适应,而且对工作人员有较高的使用要求,不能根据实际使用要求定制软硬件功能。本文根据实际项目经验,对检修机器人三维运动仿真部分进行了介绍。 1 三维实体建模 1 1 仿真方案的确定 进行机器人仿真的三维实体建模工作方案一般有如下几种:!使用VRM L 和Jav a3D 在一般的微机上构造轻量级的仿真平台,可应用于网络功能要求较高的机器人运动仿真。VRM L 和Java3D 的跨平台性、网络化和强大的可编程能力,对于实现网络化机器人仿真不失为一种简单、廉价而有效的手段。?使用虚拟样机技术。通过在PRO /E 或其他三维环境下建立的机器人三维模型和在ADAM S 环境下建立的力学模型对机器人进行仿真研究。主要应用于检验机器人各部件的设计性能以及部件之间的兼容性,并检查整机的综合设计性能,实现高质量、快速、低成本的设计。#在W i ndows 环境下配合某些三维建模工具如Autodesk Inventor 或3D M ax 等,使用V is ua l C++工具调用O pen GL 图形库中的函数,实现三维运动仿真。 O penGL 是SG I 公司开发的,作为一种三维工具软件包在交互式三维图形建模能力和编程方面具有无可比拟的优越性,可以灵活方便地实现二维和三维的高级图形技术。由于其强大的图形功能和跨平台的能力,已经成为事实上的图形标准,广泛应用于科学可视化、实体造型、CAD /CAM 、模拟仿真等诸多领域。目前,M icroso ft ,S G I ,IB M 等大公司都采用了O pen G L 作为三维图形标准。特别是随着PC 性能的不断提升和微软的加入,使得在微机上实现三维真实感图形的显示与交互成为可能,也为广大用户提供了在微机上使用以前只能在高性能图形工作站上运行各种软件的机会。另外,由于系统中涉及较多的机械手正、逆运动学方程求解问题,因而采用V C 作为编程语言,一方面可以方便地调用O pen G L 图形库函数;另一方面有利于算法的实现[3]。1 2 仿真实体的绘制 在本系统中,三维实体的绘制采用了以下方法来实现:(1)对于结构比较复杂而控制要求简单的工作对象或者其他附件,使用O penGL 直接绘制是一件十分烦琐的工作。而3D M ax 是一个相当好的流行建模工具,通过对简单几何形体进行并、交、切等布尔运算和曲面编辑等功能就能构造出复杂的几何形体。在完成复杂的建模后,输出3DS 格式文件,再通过一些相关工具软件(如3D Explorati on)可以生成O penGL 格式的C++数据文件,直接导入到VC 工程中,稍加修改就可完成复杂模型的绘制工作。 (2)对于结构简单而控制要求较复杂的机械手各轴,可直接使用Open GL 提供的三维建模函数完成绘制[1]。在此过程 中,对各轴的缩放、位置、角度的调整主要使用函数g lSca lef(),g l T ranslatef(),g l R otate f()来完成,为使绘制出来的各轴形象逼真,可对各轴进行相应的材质、光照设置;在进行轴之间进行装 ?205?第6期陈幼平等:六自由度机械手三维运动仿真研究