二自由度机器人的结构设计与仿真

学院：专业：姓名：指导老师：机械与车辆学院

机械电子工程

学号：

职称：教授

二自由度机器人的结构设计与仿真

摘要

并联机器人有着串联机器人所不具有的优点，在应用上与串联机器人形成互补关系。二自由度并联机器人是并联机器人家族中的重要组成部分，由于结构简单、控制方便和造价低等特点，有着重要的应用前景和开发价值。本论文研究了一种新型二自由度平移运动并联机构，该并联机构采用类五杆机构，平行四边形刚架结构来实现，可有效地消除铰链间隙，提高动平台的工作性能，同时有抵抗切削颠覆力矩的能力。

根据该二自由度平面机构的工作空间，利用平面几何的方法求得连杆的长度，并通过Pro/E软件进行仿真检验，并通过软件仿真的方式，优化连杆长度，排除奇异点，同时合理设计机械结构的尺寸，完成结构设计。

对该二自由度并联机器人，以Pro/E为平台，建立两自由度平移运动并联机器人运动仿真模型，验证了机构的实际工作空间和运动情况。最后指出了本机构的在实际中的应用。并使用AutoCAD软件进行了重要装置和关键零件的工程图绘制工作，利用ANSYS 软件分析了核心零件的力学性能。研究结果表明，本文所设计的二自由度机器人性能良好、工作灵活，很好地满足了设计指标要求，并已具备了一定的实用性。

关键词：二自由度；并联机器人；仿真；结构设计；Pro/E

2-DOF robot structure design and simulation

Abstract

Parallel robot has a series of advantages of the robot does not have to form a complementary relationship between the application and the series robot. The 2-DOF parallel robot is an important part of the family of parallel robots. The structure is simple, convenient and cost control and low, with significant potential applications and the development value. In this thesis, a new 2- DOF translational motion parallel mechanism, the analogous mechanism for class five institutions, parallelogram frame structure, which can effectively eliminate the hinge gap and improve the performance of the moving platform, while resistance to cutting subvert the torque capacity.

The working space of the 2-DOF planar mechanism, the use of plane geometry to obtain the length of the connecting rod, and the Pro/E software simulation test, and software simulation to optimize the connecting rod length, excluding the singular point, while the size of the rational design of mechanical structure, complete the structural design. And important equipment and key parts of the engineering drawings using AutoCAD software, using ANSYS software to analyze the mechanical properties of the core parts.

The 2-DOF parallel robot to the Pro/E platform, the establishment of the 2-DOF of translational motion parallel robot simulation model to verify the organization's actual work space and movement. Finally, this institution in the practical application. The results show that the combination of good motor performance of the 2-DOF parallel robot，good to meet the index requirements, and already have a certain amount of practicality.

Keywords: 2-DOF; parallel robot; simulation; structural design; Pro/E

1前言 (1)

1.1本课题的研究背景及意义 (1)

1.1.1什么是机器人 (1)

1.1.2机器人技术的研究意义 (1)

1.2机器人的历史与发展现状 (2)

1.2.1机器人的发展历程 (2)

1.2.2机器人的主要研究工作 (3)

1.2.3少自由度机器人的发展历程 (4)

1.3本课题的研究容 (5)

2二自由度机器人系统方案设计 (7)

2.1二自由度并联机器人机构简介 (7)

2.2执行机构方案设计及分析 (7)

3二自由度机器人的结构设计与运动分析 (8)

3.1已知设计条件及参数 (8)

3.1.1连杆机构自由度计算 (8)

3.1.2五杆所能达到的位置计算 (8)

3.2对机构主体部分的运动学逆解分析 (10)

3.2.1位置分析 (10)

3.2.2速度与加速的分析 (11)

3.3受力分析 (12)

4基于Pro/E软件环境下二自由度机器人的结构设计 (16)

4.1 Pro/E软件简介 (16)

4.2驱动元器件的选择 (17)

4.2.1步进电机的选择 (17)

4.2.2联轴器选择 (18)

4.3平面连杆机构的结构参数确定 (19)

4.4输入轴的设计 (20)

4.5安装支架的参数确定 (21)

5基于Pro/E软件环境下的机器人装配及动态仿真 (23)

5.1虚拟装配过程 (23)

5.1.1连杆机构的装配 (23)

5.1.2安装支架的装配 (24)

5.1.3完成二自由度机器人的最终装配 (24)

5.2基于Pro/E软件环境下的动态仿真 (25)

6基于AutoCAD软件环境下的机械结构设计 (31)

6.1AutoCAD软件简介 (31)

6.2平面连杆机构的结构设计 (32)

6.3机架的结构部件图绘制 (33)

6.4二自由度机器人工程图绘制 (34)

7基于Ansys软件环境下的有限元分析 (36)

7.1Ansys软件简介 (36)

7.2对输入轴的有限元分析 (37)

7.3对输入连杆的有限元分析 (37)

8 总结与展望 (40)

8.1课题研究工作总结 (40)

8.2研究展望 (41)

参考文献 (42)

致 (44)

附录（一） (45)

附录（二） (53)

1前言

机器人技术是一门光机电高度综合、交叉的学科，它涉及机械、电气、力学、控制、通信等诸多方面。机器人技术的发展，应该说是利用科学技术发展的一个综合性的结果，同时，也是为社会经济发展产生了重大影响的一门科学技术。随着社会的发展，人们不断探讨自然、改造自然、认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科学技术发展过程中的一个客观需要。

1.1本课题的研究背景及意义

1.1.1什么是机器人

机器人(Robot)的研究是由仿生学、机械工程学和控制工程学等多学科相互融合而形成的一门综合性学科，它代表了机电一体化的最高成就，所研究的机器人是一种能够代替人从事多类工作的高度灵活的自动化机械，而机器人技术研究的一个主要目的就是使其能够代替人劳动，能够灵活自如地完成人所能完成的和难以胜任的工作。

1.1.2机器人技术的研究意义

机器人技术的出现和发展不仅使传统的工业生产发生根本性的变化，而且对人类的社会生活也产生了深远的影响。最初人们应用开环串联作为机器人操作机，因为它们具有像人手臂一样的广阔运动空间以及灵活机动性等优点，但由于它们是悬臂结构，故承载能力差，在重载情况下容易弯曲变形，在高速运动时容易振动，且精确定位能力也不理想；后来人们观察生物世界，发现动物肢体由多个并行的腿支撑，负载时平稳，人类自身用双手配合拿起重物时也较单臂时轻松，三个并行手指精确的使用能够完成像书写这样的精细工作，人类从中受到启迪，开始研制并联机器人，并希冀并联机器人具有较好的刚性和定位能力，从而更大限度满足人们生活娱乐的需要[1]。

近20年来并联机器人备受人们关注，越来越多的国外学者开始从不同方向从事并联机器人技术的研究工作，越来越多的并联机器人在机械加工、仿生、军事、医疗、生物、宇航和海洋工程等领域得到应用作为一种先进的生产工具，利用机器人不仅能够完成大量简单重复性工作，而且可以完成许多以前必须通过人工才能完成的复杂工作，在提高效率的同时改善了质量。但传统的串联机器人存在关节误差累积效应、末端执行器刚度较低和负载驱动能力有限等问题，这都限制了串联机器人在实际应用中的性能。为了弥补串联机器人的不足，人们提出了一种新型的具有多运动链结构的机器人——并联

智能四足机器人结构设计

智能四足机器人结构设计摘要对于我们的未来生活，每个人有不同的构想，但大多数人都相信，在将来的社会，机器人将作为家庭的一员进入我们的生活，与我们每天朝夕相处。可现在普遍存在人们心中的疑问是：将来机器人将以何种身份进入我们的生活，是玩伴还是佣人，智能步行机器人的设计就是为了将来机器人能进入我们中国人的家庭生活，为我们的家庭生活带来欢乐。本设计采用关节型结构，成功地设计了智能步行机器人的本体结构。本机器人具有前后行、平地侧行等基本行走功能。另外机器人头部还装有CD摄影机，胸腔内部可装备内置电源和智能设备。本设计参考了狗的结构组成，使得机器人结构尽量与狗的本体结构相似，尤其在长度配比方面。本设计的结构比较复杂，关节数目众多，为了力求优化设计，设计者兼顾了关键部件的互换性和结构紧凑的原则。所有的关节都用了2036型的直流伺服电机作为驱动源，充分利用伺服电机的特性。伺服电机的驱动都采用了谐波减速器机构，该减速方案减速比大、效率高，是比较理想的减速方案。关键词：智能四足机器人；结构设计；谐波传动

Intelligent Four-Foot Robot Frame Design Abstract For our future life，everyone had different ideas，but most people believe that，in future society，the robot as a family into our lives，and we can now daily overnight with the common people's hearts Question is: what will be the future status of robot into our lives，playmates or servants，the design of intelligent walking robot is to the future robot can enter our Chinese people's family lives，for our happy family life. The design of a joint structure，the successful design of intelligent walking robot，the body structure. The robot has before and after the trip，the ground adjacent to the basic operating functions. Another robot is also equipped with CD camera head，chest internal equipment can be built-in power supply，and intelligent. The reference design of the structure of the robot，making the structure as the robot dog，the dog's body similar to the structure，particularly in the area ratio of length. The design of the structure is more complicated，the large number of joints，in an effort to optimize the design，designers take into account the interchangeability of key components of the compact structure and principles. All joints are composed of a 2036-type of DC servo motor as a driver and make full use of servo motor characteristics. Servo motor drives are used harmonic reducer，the slowdown in the programme reduction ratio，high efficiency，The ideal slowdown is a good programme. Keywords：intelligent four-foot robot ; structural design; harmonic drive

自由度机器人认知实验

六自由度串联机器人认知实验一．实验目的 1. 了解串联机器人的机构组成； 2. 了解机器人机械系统各部分的原理及作用； 3. 认识RBT 机器人的运动特点及控制原理 4. 掌握机器人单轴运动的方法。 5. 二．实验设备和工具 1、 RBT-6T/S03S 教学机器人一台； 2、 RBT-6T/S03S 教学机器人控制系统软件一套； 3、 RBT-6T/S03S 教学机器人控制柜一台； 4、装有运动控制卡计算机一台； 5、机器人气动手爪一套。三．实验原理与方法 1, RBT 教学机器人的性能指标机器人是一种具有高度灵活性的自动化机器，是一种复杂的机电一体化设备。机器人按技术层次分为：固定程序控制机器人、示教再现机器人和智能机器人等。如图2-1所示，本实验所使用的RBT 机器人为6自由度串联关节式机器人，即机器人各连杆由旋转关节串联连接，各关节轴线相互平行或垂直。连杆的一端装在固定的支座上（底座），另一端处于自由状态，可安装各种工具以实现机器人作业。关节的传动采用模块化结构，由锥齿轮、同步齿型带和谐波减速器等多种传动结构配合实现。机器人各关节采用伺服电机和步进电机混合驱动，并通过Windows 环境下的图2-1 机器人结构

软件编程和运动控制卡实现对机器人的控制，使机器人能够在工作空间内任意位置精确定位。 RBT机器人技术参数如下： 2,机器人机械系统组成机器人机械系统主要由以下几大部分组成：原动部件、传动部件、执行部件。基本机械结构连接方式为原动部件→传动部件→执行部件。机器人的传动简图如图2-2所示。 Ⅰ关节传动链主要由伺服电机、减速器构成。 Ⅱ关节传动链主要由伺服电机、减速器构成。 Ⅲ关节传动链主要由步进电机、同步带、减速器构成。 Ⅳ关节传动链主要由步进电机、减速器构成。 Ⅴ关节传动链主要由步进电机、同步带、减速器构成。

六自由度工业机器人设计

六自由度工业机器人对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人机器人能实现哪些功能活动空间（有效工作范围）有多大了解基本的要求后，接下来的工作就好作了。首先是根据基本要求确定机器人的种类，是行走的提升（举升）机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式，也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程，在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图，分析简图，制定动作流程表（图），初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容，设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制，材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容，确认生产。下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程：在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的，在自动化生产线上的就有很多例子，如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子，如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速，机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。六轴机器人的应用范筹不同，设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多，结构各有特色。在中国应用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。既然机器人的应用那么广泛，在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题！有关机器人技术方面探讨太少了从业人员还不能成群体虽然在很多地方可以看到机器的论术，可是却没有真正形成普及的东西。即然是要说设计，那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些，讲得不对的地方还请各位指正！六轴机器人是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人，应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢工作范围又怎样去确定动作怎样去编排呢位姿怎样去控制呢各部位的关节又是有怎么样的要求呢等等。。。。。。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧！首先我们设定：机器人是六轴多自由度的机器人，手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪;完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件，工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量：1700mm;转动270度;底座与地平线水平固定;全电机驱动。好了，有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。首先是全电机驱动的，那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了，也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。机器人是用于焊接方面的，那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面，那就是焊接工艺;即然焊艺定不下来，我们就给它区分一下，在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。。。。。。搞清了各种焊方法，也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行;在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考，有一个大概的轮廓概念就行了，待机械结构做完，各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。焊枪是用常用的标准的焊枪，也就是说焊枪是随时可以更换下来的，也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。

人工智能原理及其应用(王万森)第3版课后习题答案

第1章人工智能概述课后题答案 1.1什么是智能?智能包含哪几种能力？解：智能主要是指人类的自然智能。一般认为，智能是是一种认识客观事物和运用知识解决问题的综合能力。智能包含感知能力，记忆与思维能力，学习和自适应能力，行为能力 1.2人类有哪几种思维方式?各有什么特点？解：人类思维方式有形象思维、抽象思维和灵感思维形象思维也称直感思维，是一种基于形象概念，根据感性形象认识材料，对客观对象进行处理的一种思维方式。抽象思维也称逻辑思维，是一种基于抽象概念，根据逻辑规则对信息或知识进行处理的理性思维形式。灵感思维也称顿悟思维，是一种显意识与潜意识相互作用的思维方式。 1.3什么是人工智能?它的研究目标是什么？解：从能力的角度讲，人工智能是指用人工的方法在机器（计算机）上实现智能；从学科的角度看，人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，使它能模拟、延伸和扩展人类智能的学科。研究目标：对智能行为有效解释的理论分析；解释人类智能；构造具有智能的人工产品； 1.4什么是图灵实验？图灵实验说明了什么？解：图灵实验可描述如下，该实验的参加者由一位测试主持人和两个被测试对象组成。其中，两个被测试对象中一个是人，另一个是机器。测试规则为：测试主持人和每个被测试对象分别位于彼此不能看见的房间中，相互之间只能通过计算机终端进行会话。测试开始后，由测试主持人向被测试对象提出各种具有智能性的问题，但不能询问测试者的物理特征。被测试对象在回答问题时,都应尽量使测试者相信自己是“人”，而另一位是”机器”。在这个前提下，要求测试主持人区分这两个被测试对象中哪个是人，哪个是机器。如果无论如何更换测试主持人和被测试对象的人，测试主持人总能分辨出人和机器的概率都小于50%，则认为该机器具有了智能。 1.5人工智能的发展经历了哪几个阶段？解：孕育期，形成期，知识应用期，从学派分立走向综合，智能科学技术学科的兴起

工业机器人结构设计

1绪论 1.1工业机器人概述工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，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自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。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。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。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，既有人对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，它是工业以及非工业领域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，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或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”。工业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、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，由它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，工业机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。工业机械手的结构形式开始比较简单专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。 1.2工业机器人的组成和分类 1.2.1工业机器人的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。各系统相互之间的关系如方框图1.1所示。图1.1机器人组成系统

多自由度机械手课程设计

机电一体化系统设计课程设计设计题目：内装： 1. 设计说明书 2. 装配图 3. 控制电路原理图 4. ……. 专业：姓名：学号：指导教师：完成日期：成绩：福建农林大学机电工程学院

机电一体化系统设计课程设计说明书设计题目：学院：专业年级：学号：学生姓名：指导教师：年月日

一、机械手的概述 (1) 1.1 机械手的组成和分类 (1) 1.2 应用机械手的意义 (1) 二、总体方案设计 (3) 2.1 设计任务 (3) 2.2 总体方案确定 (3) 2.2.1机械手基本形式的选择 (3) 2.2.2机械手的主要部件及运动 (3) 2.2.3驱动机构的选择 (4) 三、机械系统设计 (5) 3.1机械手手部的设计计算 (5) 3.1.1手部设计基本要求 (5) 3.1.3机械手手抓的设计计算 (5) 3.1.4.机械手手抓夹持精度的分析计算 (8) 3.1.5弹簧的设计计算 (9) 3.2腕部的设计计算 (11) 3.2.1 腕部设计的基本要求 (11) 3.2.3 腕部结构和驱动机构的选择 (12) 3.2.4 腕部的设计计算 (12) 3.3臂部的设计及有关计算 (15) 3.3.1 臂部设计的基本要求 (15) 3.3.2 手臂的典型机构以及结构的选择 (16) 3.3.3 液压缸工作压力和结构的确定 (18) 3.4机身的设计计算 (19) 3.4.1 机身的整体设计 (19) 3.4.2 机身回转机构的设计计算 (20) 3.4.3 机身升降机构的计算 (22) 3.4.4 轴承的选择分析 (25) 四、控制系统硬件电路设计 (26) 4.1可编程序控器的简介 (26) 4.2 PLC的结构，种类和分类 (26) 4.3 FX2n系列三菱PLC特点 (30) 4.4 接近开关传感器 (28) 4.5 I/O接口简介 (29) 4.6 行程开关的介绍 (30) 4.6.1 行程开关的概念 (30) 4.6.2 行程开关的作用及原理 (30) 4.7电路的总体设计 (30) 4.7.1回路的设计 (30) 4.7.2 系统输入/输出分布表 (31) 4.7.3机械手的程序设计 (33) 4.7.4 步进电机的运行控制 (33) 五、参考文献 (34)

四足机器人方案设计书

浙江大学“海特杯”第十届大学生机械设计竞赛“四足机器人”设计方案书

“四足机器人”设计理论方案自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活。仿照生物的各种功能而发明的各种机器人越来越多。作为移动机器平台，步行机器人与轮式机器人相比较最大的优点就是步行机器人对行走路面的要求很低，它可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人。四足机器人在整个步行机器中占有很大大比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有很重要的意义。所以，我们在选择设计题目时，我们选择了“四足机器人”，作为我们这次比赛的参赛作品。一.装置的原理方案构思和拟定：随着社会的发展，现代的机器人趋于自动化、高效化、和人性化发展，具有高性能的机器人已经被人们运用在多种领域里。特别是它可以替代人类完成在一些危险领域里完成工作。科技来源于生活，生活可以为科技注入强大的生命力，基于此，我们在构思机器人的时候想到了动物，在仔细观察了猫.狗等之后我们找到了制作我们机器人的灵感，为什么我们不可以学习小动物的走路呢，于是我们有了我们机器人行走原理的灵感。为了使我们所设计的机器人在运动过程中体现出特种机器人的性能及其运动机构的全面性，我们在构思机器人的同时也为它设计了一些任务： 1. 自动寻找地上的目标物。 2. 用机械手拾起地上的目标物。 3．把目标物放入回收箱中。 4. 能爬斜坡。图一如图一中虚线所示的机器人的行走路线，机器人爬过斜坡后就开始搜寻目

标物体，当它发现目标出现在它的感应范围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体。二.原理方案的实现和传动方案的设计：机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。图二图三机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。任务的实现主要是利用单片机来控制机器人的四条腿以及几个传感器的共同工作，并通过它们的协调工作来完成的。如图一中所示，让机器人爬过了斜坡之后，就先进行扫描，如果发现有目标出现在它的视野之内，它就会寻着目标前进。如果没有发现目标，机器人会原地转弯并搜寻在它视野之外的目标。由于目标物有可能正好被障碍物遮住，此时我们会设计相应的程序告诉机器人现在先向右行走一定的距离再进行扫描。又由于尽管已经扫描到了目标物，当机器人走向

两自由度串联机器人分析与设计

机器人技术基础三级项目报告设计题目：两自由度串联机器人分析与设计指导教师：赵永杰学生姓名：citycars 学号：09128888 邮箱：citycars@https://www.360docs.net/doc/d49602470.html, 院系：机械电子工程系汕头大学机械电子工程系 2012年6月17日

目录 1.前言 (3) 2.运动学模型 (4) 3.机器人的位置及速度分析 (5) 3.1建立机器人位置输入输出方程 (5) 3.2建立机器人的速度关系及推导出雅可比矩阵 (5) 3.3机器人的位置反解 (5) 3.4机器人的速度反解 (7) 4.机器人的速度各项同性分析及设计 (8) 4.1速度各项同性分析 (8) 4.2速度各向同性设计求解 (10) 4.3求解及分析 (10) 4.4综合分析 (12) 5.结语 (13) 6附录 (13) 附录1：位置反解程序 (14) 附录2：速度反解程序 (15) 附录3：速度各向同性程序 (15)

两自由度串联机器人分析与设计【摘要】通过建立两自由度串联机器人位置输入输出方程，建立两自由度串联机器人的速度关系，推导出雅可比矩阵，分析两自由度串联机器人的速度各向同性的条件，设计出一各向同性的构型。关键词位置方程速度关系雅可比矩阵各向同性 1.前言随着现代科学技术的迅猛发展，特别是由于微电子技术、电子计算机技术的迅猛发展，机器人更加广泛地应用于各个领域。工业机器人靠自身动力控制能力来实际各种功能，大都用于简单、重复、繁重的工作，如上、下料，搬运等，以及工作环境恶劣的场所，如喷漆、焊接、清砂和清理核废料等。本课程设计旨在通过工业机器人的一个小分支-----两自由度串联机器人，其输入输出方程、雅可比等的分析，以及对于速度各向同性的分析和设计，对工业机器人有初步的了解，为以后从事工业机器人相关工作奠定基础。

工业机器人_三自由度直角坐标工业机器人设计讲解

沈阳工程学院课程设计设计题目：三自由度微型直角坐标工业机器人模型设计系别自控系班级学生姓名学号指导教师祝尚臻职称讲师起止日期：2012年1 月2 日起——至2012 年1 月13 日止 - I -

沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：三自由度直角坐标工业机器人设计系别自动控制工程系班级学生姓名学号指导教师职称讲师课程设计进行地点：F430 任务下达时间：2011年12月31日起止日期：2012 年1 月2日起——至2012 年1 月13日止教研室主任年月日批准 - II -

三自由度直角坐标工业机器人设计 1 设计主要内容及要求 1.1 设计目的： 1了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术。 2初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统并应用于工业机器人的设计中。3通过学习，掌握工业机器人的驱动机构、控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。 1.2 基本要求 1要求设计一个微型的三自由度的直角坐标工业机器人； 2要求设计机器人的机械机构（示意图），传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。 3要有控制系统硬件设计电路。 1.3 发挥部分自由发挥 2 设计过程及论文的基本要求： 2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；（3）设计过程的资料保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A4，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。 3 时间进度安排顺序阶段日期计划完成内容备注 1 2012.1. 2 讲解主要设计内容，布置任务打分 2 2012.1. 3 检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分 3 2012.1. 4 检查机械结构设计并指出错误及纠正；打分 4 2012.1. 5 继续机械机构和传动机构设计打分 5 2012.1. 6 进行控制系统设计打分 6 2012.1.9 检查控制系统原理图设计草图打分 7 2012.1.10 完善并确定控制系统打分 8 2012.1.11 指导学生进行驱动机构的选择打分 9 2012.1.12 进行传感器的选择和软件流程设计打分 10 2012.1.13 检查任务完成情况并答辩打分 2011-12-30 - III -

四足机器人行走运动平台结构设计【开题报告】v6.0

附件 B：毕业设计（论文）开题报告 1、课题的目的及意义 1.1课题研究背景目前，机器人的移动主要是轮式、履带式、步行、爬行、蠕动等。然而，地球上大多数的地面都是崎岖的，不能为传统的轮式或履带式到达，而自然界的很多动物却可以在这些地面行走自如、跨越障碍。它们经历了自然界数百万年间的选择，已经进化出适应各种环境的生理特征，给了研究人员很大的启发。步行是大多哺乳动物的移动方式，对环境有很强的适应性，可以灵活的进入相对狭小的空间，可以自由跨越障碍、上下台阶等等。以此，研究步行机器人有着较强的实际意义。现在的步行机器人的足数分别为单足、二足、四足、六足等等。足的数目多时，机器人比较适合重载和慢速运动；二足或者四足机构的机构相对简单，更加灵活。与二足相比，四足机器人的承载能力强、稳定性能更好，在抢险救灾、探险、娱乐及军事等多个领域有很好的应用前景，其研究工作也备受重视[1]。 2005 年，Boston Dynamics 公司首次公开了其历经十余载研究而成的仿生四足机器人Big Dog[2]，在互联网上引起了全球公众的热议。Big Dog 灵活的机动性、强大的抗干扰能力以及优异的环境适应能力成为当今各国四足机器人研究的典型代表。尽管如此，从生物进化的角度来说，四足动物的体型结构和运动方式产生了以载重-适应性和高速-灵活性两大功能异化的分支[3]。Big Dog 则是环境适应能力和运动稳定性方面世界最高水平，然而，对高速运动方面的四足机器人却鲜见研究。高速运动的哺乳动物（尤其是猎豹）以独特的骨骼结构、步态特征、高效的能量转化效率成了仿生四足机器人高速灵活性研究的新方向。在DARPA 的M3 计划支持下4，Boston Dynamics 公司和MIT 仿生机器人实验室均进行了仿猎豹式机器人的研究，并推出了两款样机。尤其Boston Dynamics 公司的机器人还一举打破了足式机器人奔跑的纪录，达46km/h，使仿猎豹机器人成为新的研究热点。 1.2四足机器人研究现状 1.2.1国外研究现状早在1899 年，Muybridge 最早借助影像设备，进行了有关家猫、狗、骆驼和马等动物的高速运动研究。然而之后的一个世纪人们对四足机器人的研究都仅仅停留在静稳定步态行走的水平上。从早期的GE 四足电控步行车[5]（图1.1）到具有脊柱环节的BISAM 机器人[6]（图1.2），这些机器人在任

工业机器人毕业设计

工业机器人摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产率，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重要的成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动程度极大的工作，工作方式一般采取示教在线的方式。本文将设计一台圆柱坐标型的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台：在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、以及控制元件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。

目录摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算

3.5 手臂强度校核 4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望致谢

工业机器人的十一个问答

工业机器人的十一个问答 1、工业机器人定义及特点？定义：机器人是一个在三维空间具有较多自由度的，并能实现诸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。特点：可编程、拟人化、通用性、机电一体化 2、工业机器人有哪几个子系统组成？各自的作用是什么？驱动系统：使机器人运行起来的传动装置。机械结构系统：由机身手臂末端操作器三大件组成的一个多自由度的机械系统。感受系统：由内部传感器模块和外部传感器模块组成获取内部和外部环境状态的信息。机器人-环境交互系统：实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统人-机交互系统：是操作人员参与机器人控制与机器人进行联系的装置控制系统：根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能 3、什么是机器人的自由度？机器人位置操作需要几个自由度？姿态操作需要几个自由度？为什么？自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不应包括手爪（末端操作器）的开合自由度，在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度，位置操作需要3个自由度（腰肩肘）姿态操作需要3个自由度（俯仰偏航侧滚）。但是工业机器人的自由度，但是工业机器人的自由度是根据其用途而设计的可能小于6个自由度，也可能大于6个自由度。 4、工业机器人的主要技术参数有哪些？答：自由度、重复定位精度、工作范围、最大工作速度、承载能力 5、机身和臂部的作用各是什么？在设计时应注意哪些问题？答：机身是支承臂部的部件，一般实现升降回转和俯仰等运动。

机身设计时需要注意： 1)要有足够的刚度和稳定性 2)运动要灵活，升降运动的导套长度不宜过短，避免发生卡死现象，一般要有导向装置 3）结构布置要合理臂部是支承腕部手部和工件的静动载荷的部件，尤其高速运动时将产生较大的惯性力，引起冲击，影响定位的准确性。设计臂部时要注意： 1）刚度要求高 2）导向性好 3）重量轻 4）运动要平稳，定位精度要高。其它传动系统应尽量简短以提高传动精度和效率;各部件布置要合理，操作维护要方便；特殊情况特殊考虑，在高温环境中应考虑热辐射的影响腐蚀性环境中应考虑防腐蚀问题。危险环境应考虑防暴问题 6、手腕上的自由度主要起什么作用？如果要求手部能处于空间任意方向则手腕应具有什么样的自由度？手腕上的自由度主要是实现手部所期望的姿态。为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X Y Z的转动。即具有翻转俯仰和偏转三个自由度 7、手部的作用和特点机器人手部的作用：工业机器人的手部也叫末端操作器是用来握持工件或工具的部件特点： 1）手部是一个独立的部件 2）手部是工业机器人的末端操作器。不一定与人的手部结构相同。可以具有手指也可以不具有手指：可以有手爪也可以是专用工具

四足机器人方案设计书

大学“海特杯”第十届大学生机械设计竞赛“四足机器人”设计方案书

标物体，当它发现目标出现在它的感应围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体。二.原理方案的实现和传动方案的设计：机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。图二图三机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。任务的实现主要是利用单片机来控制机器人的四条腿以及几个传感器的共同工作，并通过它们的协调工作来完成的。如图一中所示，让机器人爬过了斜坡之后，就先进行扫描，如果发现有目标出现在它的视野之，它就会寻着目标前进。如果没有发现目标，机器人会原地转弯并搜寻在它视野之外的目标。由于目标物

二自由度搬运机器人指标

题目名称二自由度搬运机器人结构设计学生姓名蒋宁学号2011011606 所在系部机电工程系专业机械工程及自动化第一指导教师王扬威教师号70206037 1．内容及要求：二自由度搬运机器人具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。随着自动化数控加工机床的发展，搬运机器人已成为提高劳动生产率的重要装备，二自由度搬运机器人的研制，将为加工中心提供一种快速、高效、运动平稳的上下料装置。具体研究内容及要求包括： 1. 查找相关文献，分析上下料搬运机器人的研究现状和发展趋势。 2. 设计二自由度搬运机器人的机械结构，对其进行运动分析，并根据设计要求选用元器件和校核结构件强度。 3. 设计机械手的腕部结构，并进行运动分析。 2．主要技术指标： 1. 搬运机器人z轴行程1200mm，y轴行程1500mm。 2. 搬运机器人负载1t。 3. 最大运行速度300mm/s。 3．参考文献：《参考文献规范要求》 1.陶湘厅, 袁锐波, 罗璟. 气动机械手的应用现状及发展前景. 机床与液压[J], 2007, 35(18): 226~228. 2.赵碧, 巴鹏, 徐英凤. 气动上下料机械手手部结构的设计与分析[J]. 沈阳理工大学学报, 2006, 25(6): 58~60. 3.贺东坤, 田明. 气动通用上下料机械手结构设计[J]. 长春大学学报, 2012, 22(10): 1171~1173, 1180. 4.曹海燕, 周一届, 范增良, 欧阳焕. 上下料机械手柔性手腕的设计及位置误差分析[J]. 江南大学学报, 2012,11(1): 56~60. 5.王战中, 张俊, 季红艳, 赵赛, 臧丽超. 自动上下料机械手运动学分析及仿真. 机械设计与制造, 2012,(5):244~24 6. 6.刘金, 周志雄, 黄向明, 周德旺. 一种微细零件上下料机械手的设计与仿真. 计算机仿真, 2010, 27(2): 166~169,179. 4．毕业设计进度、任务安排： 2014.12.30 ~ 2015.02.24 完成文献查找，分析搬运机器人的研究现状和发展趋势； 2015.02.25 ~ 2015.03.30 完成二自由度搬运机器人的机械结构设计； 2015.03.31 ~ 2015.04.20 完成二自由度搬运机器人的运动分析和元器件选型，完成外文资料翻译工作； 2015.04.21 ~ 2015.05.25 完成机械手腕部结构设计，完成相关机械图，完成毕业设计报告，做好毕业答辩准备工作； 2015.05.26 ~ 2015.06.08 论文评审、答辩。

工业机器人的基本工作原理,工业机器人结构系统

工业机器人的基本工作原理,工业机器人结构系统机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值高，应用范围广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。根据发达国家产业发展与升级的历程和工业机器人产业化发展趋势，到2015年中国机器人市场的容量约达十几万台套。 1工业机器人的基本工作原理工业机器人是一种生产装备，其基本功能是提供作业所须的运动和动力．其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动．自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。因此在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有相同之处：二者的末端执行器都有位置变化要求，而且都是通过坐标运动来实现末端执行器的位置变化要求。当然机器人也有其独特的要求，是按关节形式运动为主，同时机器人的灵活性要求很高，其刚度、精度要求相对较低。 2工业机器人结构系统 2．1工业机器人构造从功能角度分析可将机器人分解成四个部分：操作机、末端执行器、传感系统、控制器。操作机：是由机座、手臂和手腕、传动机构、驱动系统等组成．其功能是使手腕具有某种工作空间，并调整手腕使末端执行器实现作业任务要求的动作。末端执行器：也叫工业机器人的手部，它是安装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。感器系统：是指要机器人与人一样有效的完成工作。必须对外界状况进行判断的感觉功能。与机器人控制最紧密相关的是触觉。视觉适合于检测对象是否存在，检测其大概的位置、姿势等状态。相比之下，触觉协助视觉．能够检测出对象更细微的状态。控制器：机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。主要是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。在机器人中采

7自由度工业机器人机械结构毕业设计

摘要 7 自由度工业机器人以工作范围大、动作灵活、结构紧凑、能抓取靠近机座的物体等特点备受设计者和使用者的青睐。由于有一个冗余自由度，很容易在确保最佳焊接姿势的同时，避免工件以及夹具对机器人工作臂的干扰。本论文首先根据机器人持重3kg、工作范围1434mm、本体重量150kg，确立机器人为S腰部回转、L小臂摆动、E大臂回转、U臂部俯仰、R腕部扭转、B 腕部俯仰、T腕部回转的7自由度关节型弧焊机器人的总体结构；分析机器人的各个关节在转动惯量、角速度、加速度等技术指标下的工作状况，确定7个关节都采用交流电机驱动、机器人手臂专用减速器传动，同时B、T腕部关节还用到同步带传动。通过计算各关节所需电机的功率和转矩、减速器的减速比、同步带的要求并选型；用UG NX6.0画出机器人的各关节三维仿真模型，并装配成型。本课题研究具有广泛的实际意义和应用前景。设计的7自由度工业机器人为后续的机器人动力学分析和运动控制提供了参考依据，并可以做进一步的研发。关键词：7自由度，工业机器人，机械结构

Abstract 7 dof industrial robots with large scope of work, flexible, compact structure, can grab the object near the base are famous among so much designers and users. Because there is a redundant freedom, it is easy to ensure the best welding position at the same time, avoid workpiece and fixture work on the robot arm interference. In this thesis, according to the robot puts up 3kg, the scope of work is 1434mm, body weight is 150kg,establish 7 dof joint structure of arc-welding robot including S waist, L arm swing, E arm rotation, U pitching arm, R wrist turn, B wrist pitch, T wrist rotation. Analysis of the various robot joints in moment of inertia, angular velocity, acceleration and other technical indicators of the work under the conditions identified seven joints driven by AC motor, the robot arm dedicated reducer drive, while B, T wrist joint is also used in synchronous belt drive. Required by calculating the joint motor power and torque, reduction ratio reducer, belt requirements and selection; robot with UG NX6.0 draw three-dimensional simulation model of each joint, and assembly molding. This research has extensive practical significance and application prospect. 7 dof industrial robots designed for the follow-up dynamics analysis and motion control and provide a reference, and can do further research and development. Key words: 7 dof, industrial robot, mechanical structure

二自由度机器人的结构设计与仿真

智能四足机器人结构设计

自由度机器人认知实验

六自由度工业机器人设计

人工智能原理及其应用(王万森)第3版 课后习题答案

工业机器人结构设计

多自由度机械手课程设计

四足机器人方案设计书

两自由度串联机器人分析与设计

工业机器人_三自由度直角坐标工业机器人设计讲解

四足机器人行走运动平台结构设计【开题报告】v6.0

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