六自由度机械手臂毕业论文

六自由度机械手

机械设计课程设计说明书

六自由度机械手

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

2006.6.16

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六自由度机械手

前言

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

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

分类号 密级 UDC

学 位 论 文

基于激光辅助加工的六自由度并联平台的设计和仿真

作者姓名： 指导教师：

申请学位级别： 学科专业名称： 论文提交日期： 学位授予日期：

评阅人：

李长河 教授 青岛理工大学 学士

学科类别：

工学

机械设计制造及其自动化 2010年6月 2010年6月

论文答辩日期： 答辩委员会主席：

2010年6月

青岛理工大学 2010年3月

独创性声明

本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：

日 期：

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者和指导教师完全了解青岛理工大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构

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

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

分类号 密级 UDC

学 位 论 文

基于激光辅助加工的六自由度并联平台的设计和仿真

作者姓名： 指导教师：

申请学位级别： 学科专业名称： 论文提交日期： 学位授予日期：

评阅人：

李长河 教授 青岛理工大学 学士

学科类别：

工学

机械设计制造及其自动化 2010年6月 2010年6月

论文答辩日期： 答辩委员会主席：

2010年6月

青岛理工大学 2010年3月

独创性声明

本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：

日 期：

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者和指导教师完全了解青岛理工大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构

分类号 密级 UDC

学 位 论 文

基于激光辅助加工的六自由度并联平台的设计和仿真

作者姓名： 指导教师：

申请学位级别： 学科专业名称： 论文提交日期： 学位授予日期：

评阅人：

李长河 教授 青岛理工大学 学士

学科类别：

工学

机械设计制造及其自动化 2010年6月 2010年6月

论文答辩日期： 答辩委员会主席：

2010年6月

青岛理工大学 2010年3月

独创性声明

本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：

日 期：

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者和指导教师完全了解青岛理工大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构

分类号 密级 UDC

学 位 论 文

基于激光辅助加工的六自由度并联平台的设计和仿真

作者姓名： 指导教师：

申请学位级别： 学科专业名称： 论文提交日期： 学位授予日期：

评阅人：

李长河 教授 青岛理工大学 学士

学科类别：

工学

机械设计制造及其自动化 2010年6月 2010年6月

论文答辩日期： 答辩委员会主席：

2010年6月

青岛理工大学 2010年3月

独创性声明

本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：

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本学位论文作者和指导教师完全了解青岛理工大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构

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

2. 六自由度搬运机械手的结构设计

根据机械手的基本要求能快速、准确地拾起-放下搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任一位置都能自动定位等特征。设计原则是：充分分析作业对象（工件）的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺、并满足系统功能要求和环境条件；明确工件的形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对该机械手结构和运行控制的要求；尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转接和编程控制。本课题设计的是一种小型的多关节式六自由度机械手，能够满足相应的动作要求，并对一些小质量工件实现抓取、搬运等一些列动作。

2.1 六自由度搬运机械手的功能分析

该机械手系统共有6个自由度，分别为肩的回转与曲摆，大臂的曲摆，小臂的曲摆，手腕的曲摆与回转，以及手抓的回转。

该系统中基座固定，与基座相连的肩可以进行360度的回转；与肩相连接的大臂可以进行-90～+90度曲摆，与大臂相连接的小臂可以进行-90～+90度曲摆，大臂和小臂动作幅度较大，可以满足俯仰要求。手腕可以进行360度的旋转，手腕也可以完成-90～+90度的曲摆，末