四自由度机械臂

串联手臂式机器人设计与分析

摘 要

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。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强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。

本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，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、端子板电路的设计以及控制软件的设计，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。

关键词：机器人，示教编程，伺服，制动

串联手臂式机器人设计与分析

ABSTRACT

In the modern large-scale manufacturing in

串联手臂式机器人设计与分析

摘 要

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。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强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。

本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，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、端子板电路的设计以及控制软件的设计，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。

关键词：机器人，示教编程，伺服，制动

串联手臂式机器人设计与分析

ABSTRACT

In the modern large-scale manufacturing in

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

四自由度机械手的设计

作者：刘东

来源：《科技与创新》2014年第23期

近年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用范畴也十分广泛。在工业中，自动控制系统有着广泛的应用，例如数控机床、智能机器人、计算机系统、模糊控制等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正在改变现代化工业的面貌。在某些劳动环境极其恶劣的条件下，就可以使用机器人来代替人力工作。下面所介绍的机械手就是为降低工人劳动强度，提高劳动效率、产品质量和经济效益而设计的。四自由度的机械臂具有三个旋转关节和一个平移关节，末端安装有一个能够抓取物体的电磁手爪。 1; 机械手的总体设计 1.1; 机械手基本形式的选择

常见的工业机械手根据手臂的动作形态，按坐标形式大致可分为直角坐标型机械手、圆柱坐标型机械手、球坐标（极坐标）型机械手和多关节型机机械手。其中，由于圆柱坐标型机械手结构简单紧凑，定位精度较高，占地面积小，因此，本设计采用圆柱坐标。机械手搬运物品如图1所示。在图1中，机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B. 图1; 机械

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四自由度机械手的设计

作者：刘东

来源：《科技与创新》2014年第23期

近年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用范畴也十分广泛。在工业中，自动控制系统有着广泛的应用，例如数控机床、智能机器人、计算机系统、模糊控制等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正在改变现代化工业的面貌。在某些劳动环境极其恶劣的条件下，就可以使用机器人来代替人力工作。下面所介绍的机械手就是为降低工人劳动强度，提高劳动效率、产品质量和经济效益而设计的。四自由度的机械臂具有三个旋转关节和一个平移关节，末端安装有一个能够抓取物体的电磁手爪。 1; 机械手的总体设计 1.1; 机械手基本形式的选择

常见的工业机械手根据手臂的动作形态，按坐标形式大致可分为直角坐标型机械手、圆柱坐标型机械手、球坐标（极坐标）型机械手和多关节型机机械手。其中，由于圆柱坐标型机械手结构简单紧凑，定位精度较高，占地面积小，因此，本设计采用圆柱坐标。机械手搬运物品如图1所示。在图1中，机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B. 图1; 机械

目 录

1绪 论 ............................................................................... 1

1.1工业机械手的概述 ............................................................... 1 1.2机械手的组成及分类 ............................................................. 1

1.2.1机械手的组成 ............................................................. 1 1.2.2 机械手的分类 ............................................................ 3 1.3 国内外发展状况 ................................................................ 4 1.4课题主要任务 ........................................

摘 要

本次设计的多功能机械手为液压通用机械手，主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置，其坐标形式为圆柱坐标式，具有立柱旋转、手臂伸缩、腕部转动和腕部摆动等4个自由度；驱动方式为液压驱动，利用油缸、齿轮、齿条实现直线运动；利用油缸与齿轮、齿条或链条实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小，出力大，动作平缓，并能在中间位置停止。本次设计的机械手能对不同物体完成多种动作。

关键词： 机械手；圆柱坐标；液压驱动

I

Abstract

The design of multi-manipulator hydraulic manipulator general, mainly by the gripper, wrist, arm, body, base etc., with the material, flip, and a variety of functions such as translocation, in accordance with the unified automated production

四自由度圆柱坐标型工业机器人机械设计

摘 要

在现代制造业中，工业机器人已成为不可或缺的核心自动化装备。工业机器人适应工作环境能力强，可担任各种类型各种强度的生产工作，精度高、速度快、易于控制，可显著提高生产的工业自动化水平。国内工业机器人起步晚，市场占有率低，许多核心技术还没有掌握，可靠性低，应用范围小，零部件互换性低。

现设计一种四自由度的圆柱坐标型机器人，能实现工件的上下搬运。该四自由度机器人由两个旋转自由度机构和两个平移自由度机构组成，根据机器人运动参数，选择足够功率的伺服电机，然后，估算驱使机构各自由度运动需要的力及扭矩，选择传动比合适且大小合适的减速器。通过伺服电机减速器驱动机构的运动，实现机器人腰部旋转，手臂的竖直升降，手臂的水平移动和末端操纵器的旋转。在机器人辅助系统的设计部分，还考虑了伺服电机导线坦克链的排布，机构零点位置的触发开关及其导线排布的设计。

关键词：四自由度，圆柱坐标，工业机器人，机械设计

i

Mechanical Design of a 4-DOF Cylindrical

Industrial Robot

Abstract

In modern manufacturing, industrial rob

平面二自由度机械臂动力学分析

[摘要] 机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。本文采用拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过研究得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。

[关键字] 平面二自由度 机械臂 动力学 拉格朗日方程

一、介绍

机器人是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，简化解的过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。

机器人动力学问题有两类：

(1) 给出已知的轨迹点上的

，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关

节力矩向量Qr。这对实现机器人动态控制是相当有用的。

(2) 已知关节驱动力矩，求机器人系统相应的各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩向量τ，求机器人所产生的运动

。这对模拟机器人的运动是非常有用的。

二、二自由度机器臂动力学方程的推导过程

机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推

鲁东大学本科毕业设计

100KG四自由度码垛机器人底座设计及分析

（……， …….，……..，…….）

摘要：本文主要设计和研究了一个抓重为100KG的四自由度的码垛机器人，用于企业

生产中的码垛物品。首先对机器人的整体方案和具体的结构按要求进行了分析，接着主要设计了机器人底座和腰部结构并进行了建模和装配。最后,利用分析软件（UG）对机器人底座和腰部进行有限元仿真分析。

关键词：码垛机器人；结构设计；建模；有限元分析

Design and Analysis of 100KG 4-dof Palletizing Robot Base

… … …

（School of Transportation，Institute of Transportation Mechanical Design Manufacturing and Automation，jixieben1104 ，

20112814726）

Abstract: In this paper, the design and research of a catch weight of 100KG of 4-dof palletizing robots for the

production of

黑 龙 江 科 技 学 院 毕 业 设 计 (论 文) 说 明 书

目 录

第一章

引言 …………………………………………………………………2 1.1 机械手的分类 …………………………………………………2 1.2 机械手的组成 …………………………………………………5 1.3 应用机械手的意义 ……………………………………………7

第二章 总体技术方案及系统组成

2.1 原始数据 ………………………………………………………8 2.2 工作要求 ………………………………………………………8 2.3 系统组成 ………………………………………………………9 2.4 总体技术方案 …………………………………………………9 2.4.1 动作分析 …………………………………………………10 2.4.2 手部 ………………………………………………………10

第三章 机修手的液压部分

3.1 液压系统的工作原理……………………………………………12 3.2 液压传动的工作特性……………………………………………12 3.3 液压系统的组成 ………………………………………………12 3.4 液压系统的优,缺点