如何设计机械臂

南京工业大学学士学位论文

三关节机械臂及其控制系统设计

摘 要

随着科技的不断进步，机械臂特别是仿人型机械臂的发展非常迅速。其在人们的日常生活，生产中开始扮演着不可或缺的角色。本文呈现的是一种仿人型机械臂，其主要特点在与多样化，简单化，直觉化的人机交互方式。将以往复杂的主从式操作，诸如摇杆控制等，转化为简单的触摸屏操作，同时辅佐以双目机器视觉，还可以实现通过人的手势来控制机械臂动作，实现了直觉化的控制。

为了能高效稳定地控制机械臂，本设计使用了双控制系统协同作业：下位控制系统使用嵌入式系统—ARM 微处理器（S3C2440 芯片）—实现机械臂的基本动作的控制封装，包括定位算法以及运动控制等；上位控制系统是在PC 上实现的，控制软件使用VC++ 6.0 编写，主要实现机器视觉的相关运算，并将运算结果通过串口通信，传递给下位系统—ARM 微处理器，并最终转换成机械臂的动作。

整个设计过程包含了底层的驱动硬件设计：舵机的选型与控制；机械结构设计：结构设计，负载校核；控制系统电路设计；上位，下位软件的编写：舵机的控制方式—PWM 脉宽调制，点定位算法，轨迹控制算法，机器视觉算法；还编写了3 维软件进行仿真：三维的投影算法，及贴面，光照，面的排序算法

目 录

1 绪论 ························································································································ 1 1.1 前言 ······················································································································· 1 1.2 课题的来源与背景 ······························································································ 1 1.3 研究的目的和意义 ······························································································ 2 1.4 林业集材机的概述 ·····················

目 录

1 绪论 ························································································································ 1 1.1 前言 ······················································································································· 1 1.2 课题的来源与背景 ······························································································ 1 1.3 研究的目的和意义 ······························································································ 2 1.4 林业集材机的概述 ·····················

毕业论文

学 生 姓 名： 学 号：

所 在 学 院：

专 业：

设计(论文)题目：

指 导 教 师：

南京工业大学本科生毕业设计

单臂回转式机械手机械系统的设计

摘 要

在工业生产中间，机械手可以代替人的繁重劳动，从而实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作，这样子能够保护人身安全，很大程度提高劳动效率和改善工人工作环境，在很多方面都体现出其不可替代的优势，因而在工业生产中应用广泛。本次所设计的机械手，为单臂回转式机械手，对机械手的要求是搬运一个一千克的铁块，从一个平台到另一个平台，旋转过的角度为90度。从上面的这些条件可以看出，对于机械手结构的选取就比较的多样化。我们可以选择圆柱坐标型的，也可以选择较为复杂的球坐标型和关节型。根据对机械手的运动部分结构的设计及选型，以及选定的夹持的方式，我们定出了机械手的总体结构,其中包括两个相互平行的液压缸和一个旋转的气压缸、电磁铁吸附装置、支座和底座。两个液压缸用于升降运动，气压缸用于回转运动，夹持器主要部分为一个吸附式电磁铁。此次设计中机械手动作固定，结构简单，可靠性较高，易于拆装，可用于机械设计和液压相关课程实验教学中的演示和拆装练习。

关键词：机械手 圆柱坐标型 液压缸 气压缸 吸附式

毕业论文

学 生 姓 名： 学 号：

所 在 学 院：

专 业：

设计(论文)题目：

指 导 教 师：

南京工业大学本科生毕业设计

单臂回转式机械手机械系统的设计

摘 要

在工业生产中间，机械手可以代替人的繁重劳动，从而实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作，这样子能够保护人身安全，很大程度提高劳动效率和改善工人工作环境，在很多方面都体现出其不可替代的优势，因而在工业生产中应用广泛。本次所设计的机械手，为单臂回转式机械手，对机械手的要求是搬运一个一千克的铁块，从一个平台到另一个平台，旋转过的角度为90度。从上面的这些条件可以看出，对于机械手结构的选取就比较的多样化。我们可以选择圆柱坐标型的，也可以选择较为复杂的球坐标型和关节型。根据对机械手的运动部分结构的设计及选型，以及选定的夹持的方式，我们定出了机械手的总体结构,其中包括两个相互平行的液压缸和一个旋转的气压缸、电磁铁吸附装置、支座和底座。两个液压缸用于升降运动，气压缸用于回转运动，夹持器主要部分为一个吸附式电磁铁。此次设计中机械手动作固定，结构简单，可靠性较高，易于拆装，可用于机械设计和液压相关课程实验教学中的演示和拆装练习。

关键词：机械手 圆柱坐标型 液压缸 气压缸 吸附式

气动机械手回转臂结构设计

第一章 概述

1.1 气动机械手概述

气动机械手由操作机(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的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，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”。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

结构设计原理 课程设计

姓名：张开 学号：20100372 班级：土木2班 指导老师：潘家鼎

2013年12月

1

一、设计题目：某钢筋混凝土伸臂梁设计 二、基本要求

本设计为钢筋混凝土矩形截面伸臂梁设计。学生应在指导教师的指导下，在规定的时间内，综合应用所学理论和专业知识，贯彻理论联系实际的原则，独立、认真地完成所给钢筋混凝土矩形截面伸臂梁的设计。

三、设计资料

某支承在370mm厚砖墙上的钢筋混凝土伸臂梁，如图1所示。

gk、q1kA185185185Bgk、q2kCl2185l1

图1 梁的跨度、支撑及荷载

图中：l1——梁的简支跨计算跨度； l2——梁的外伸跨计算跨度； q1k——简支跨活荷载标准值； q2k——外伸跨活荷载标准值； gk=g1k+g2k——梁的永久荷载标准值。

g1k——梁上及楼面传来的梁的永久荷载标准值（未包括梁自重）。 g2k——梁的自重荷载标准值。

该构件处于正常坏境（环境类别为一类），安全等级为二级，梁上承受的永久荷载标准值（未包括梁自重）gk1=21kN/m。

设计中建议采用HRB500级别的纵向受力钢筋，HPB300级别的箍筋，梁的混凝土选用C25

机械臂 轨迹跟踪控制

2 0 1 1年1月

控制工程Co n t r o l En g i n e e r i n g o f Ch i n a

J a n .2 0 1 1Vo 1 . 1 8, No . 1

第l 8卷第1期

文章编号： 1 6 7 1— 7 8 4 8 ( 2 0 1 1 ) O 1 01 - 1 6 - 0 7

机械臂轨迹跟踪控制研究进展史先鹏， _,刘士荣( 1 .华东理工大学自动化研究所，上海 2 0 0 2 3 7;2 .杭州电子科技大学自动化学院，浙江杭州 3 1 0 0 1 8 )

摘

要：综述了近年来刚性机械臂轨迹跟踪控制研究领域的最新进展。根据应用于机械

臂的不同控制算法进行分类，从自适应 P I D控制、神经网络自适应控制、模糊自适应控制、滑

模变结构控制和鲁棒自适应控制 5种主要控制方法进行阐述。重点从关节空间出发，论述了各种控制算法在提高机械臂轨迹跟踪性能方面的各自优缺点，并分析了它们之间的相互联系。 对机械臂轨迹跟踪问题的研究方向进行了展望。 关键词：刚性机械臂；关节空间；轨迹跟踪文献标识码：A 中图分类号：T P 2 7

A S u r v e y o f T r a j e c t o

移动机器人机械臂的结构设计

第1章 绪论

1.1 课题背景及选题意义

机器人是最典型的机电一体化数字化装备。最前沿的机器人研发和制造技术集机械工程、电子工程、材料科学、计算机工程、传感器及控制工程、生物工程等多学科技术为一体，代表了机电一体化的最高成就，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志。从科学技术开发的角度来看，机器人的机构是实现智能化的硬件平台。为了与环境更好地进行交互、灵活地操纵物体、完成目标任务、跟上智能化的步伐、让机械臂具有极高的灵活性与可靠性机，械臂研究致力于模仿人类的手臂，并出现了冗余度拟人双臂机器人，这种机器人具有可克服奇异性高容错性等特点[1]。 就目前实际在工业制造、国防安全、警务防爆等各领域的实用性而言，采用更为普遍的是具有固定机座的工业机器人和带机械臂的移动机器人。

随着机器人的不断发展，机器人的种类也在不断增加，但是无论何种形状的机器人，都至少具有移动和操作能力这两个最基本的功能之一。因此根据功能特性可以把机器人大体分为三大类[2]:(1)只能移动的移动机器人。(2)仅具有操作能力的机械臂。(3)具有移动和操作能力的移动机械臂系统。自上世纪60 年代以来，机械臂开始广泛的应用到加工装配、焊接、涂装等行业，

工业机器人球坐标机械臂结构设计

摘 要

在装配机器人中，球坐标型装配机器人（极坐标型）是应用非常广泛的一种装配机器人。本文设计的工业机器人既可以用于实际生产，又可以用于教学实验和科学研究。用于实际生产，它能够满足装配作业内容改变频繁的要求，用于教学实验，它能够使人更直观地了解机器人机构组成、动作原理等，所以开发球坐标型机器人具有广泛的实际和应用前景，本课题的研究工作正是在这样的背景下提出来的。

本文设计的工业机器人球坐标型机械臂具有下列特点:通用性好、重复定位精度高、体积小、重量轻、外形美观、适于观察、成本低，对其本体的可行方案进行了充分的论证后，设计成具有三自由度的结构，由机身、大臂及小臂组成，行星齿轮减速器、同步齿型带、丝杠螺母等组成了工业机器人球坐标型机械臂简单可靠的传动方案，该机器人的三个关节均选用直流伺服电机驱动。

关键词 工业机器人；极坐标型机械臂 ；球坐标型机械臂/结构设计

I

Industrial Robot Spherical Coordinates Robotic Arm

Structure Design

ABSTRCT

In assembly robots, ball coordinates type ass