气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析

气动机械手关节结构设计及运动学

仿真分析

气动机械手是一种机电一体化的特种机器人。它基于气动原理，通过气缸、节流控制阀、离合器等元器件，实现各个部位的运动。机器人拥有人类难以实现的灵活度和速度，是现代工业生产过程中不可或缺的一部分。因此，对气动机械手关节结构的设计和运动学仿真分析非常重要。

首先，气动机械手关节结构设计的成功与否，直接关系到机械手的精度和效率。目前，常见的气动机械手结构大致分为两种，一种是连续轴型，另一种是分体型。连续轴型结构主要应用于需要连续运动的操作，如滚动、旋转等。分体型结构则适用于需要机械手能够在单个方向上进行快速而准确的定位和移动。

在关节结构的设计中，需要考虑以下几点：

一是材料的选择。机械手需要经受极高的压力及扭转力，材料的强度、韧性等特性都需要符合设计需求。

二是接头的设计。机械手的运动靠关节的连接完成，接头的稳定性和精度直接影响到机械手的运动质量。因此，在接头的设计中，需要注重紧固件的种类、紧固方式、接触面、间隙颗粒等问题。

三是气缸的选择。气缸是机械手的核心部件，需要选择合适的型号和规格。要求气缸具备高的工作压力、精度、可靠性及长寿命等特点。

四是其它部件的设计。机械手的运动还需要配合其他辅助部件完成，如离合器、节流控制阀、气管等，设计时需要考虑每个部件的配合度和稳定性。

其次，运动学仿真分析的设计是机械手研发的一项重要工作。通过运用仿真软件，可以模拟机械手的运动，对机械手的参数及结构的优化、修改及改进提供帮助。

运动学仿真分析主要包括以下几个方面：

一是建模与导入。将机械手的三维模型导入到仿真软件中，建立机械手的虚拟模型。

二是建立运动学模型。对机械手的运动进行建模，包括关节角度、轴向位置、速度以及加速度的变化等。

三是运动分析。通过对运动学模型的计算，进行机械手运动性能的分析。通过计算机模拟，可以更好的评估机械手的运动性能，包括工作速度、运动精度、定位精度及负载能力等。

四是参数优化。通过仿真分析的结果，对机械手的参数进行优化调整。在优化过程中需要考虑关节角度、轴向位置、速度以及加速度等参数的变化，以及机械手与工件/物体之间的

协作效果。

在总结中，气动机械手关节结构设计和运动学仿真分析是机械手开发过程中不可或缺的步骤。要注意结构设计的材料选

择、接头设计、气缸选择和其它部件的设计等问题，同时要进行运动学模型的建立、运动分析和参数优化，以确保机械手的运动性能、精度和稳定性达到设计要求。这么做将有助于提高生产效率、降低生产成本、节约人力耗时和提高生产的安全性能。

气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析

气动机械手关节结构设计及运动学 仿真分析 气动机械手是一种机电一体化的特种机器人。它基于气动原理，通过气缸、节流控制阀、离合器等元器件，实现各个部位的运动。机器人拥有人类难以实现的灵活度和速度，是现代工业生产过程中不可或缺的一部分。因此，对气动机械手关节结构的设计和运动学仿真分析非常重要。 首先，气动机械手关节结构设计的成功与否，直接关系到机械手的精度和效率。目前，常见的气动机械手结构大致分为两种，一种是连续轴型，另一种是分体型。连续轴型结构主要应用于需要连续运动的操作，如滚动、旋转等。分体型结构则适用于需要机械手能够在单个方向上进行快速而准确的定位和移动。 在关节结构的设计中，需要考虑以下几点： 一是材料的选择。机械手需要经受极高的压力及扭转力，材料的强度、韧性等特性都需要符合设计需求。 二是接头的设计。机械手的运动靠关节的连接完成，接头的稳定性和精度直接影响到机械手的运动质量。因此，在接头的设计中，需要注重紧固件的种类、紧固方式、接触面、间隙颗粒等问题。

三是气缸的选择。气缸是机械手的核心部件，需要选择合适的型号和规格。要求气缸具备高的工作压力、精度、可靠性及长寿命等特点。 四是其它部件的设计。机械手的运动还需要配合其他辅助部件完成，如离合器、节流控制阀、气管等，设计时需要考虑每个部件的配合度和稳定性。 其次，运动学仿真分析的设计是机械手研发的一项重要工作。通过运用仿真软件，可以模拟机械手的运动，对机械手的参数及结构的优化、修改及改进提供帮助。 运动学仿真分析主要包括以下几个方面： 一是建模与导入。将机械手的三维模型导入到仿真软件中，建立机械手的虚拟模型。 二是建立运动学模型。对机械手的运动进行建模，包括关节角度、轴向位置、速度以及加速度的变化等。 三是运动分析。通过对运动学模型的计算，进行机械手运动性能的分析。通过计算机模拟，可以更好的评估机械手的运动性能，包括工作速度、运动精度、定位精度及负载能力等。 四是参数优化。通过仿真分析的结果，对机械手的参数进行优化调整。在优化过程中需要考虑关节角度、轴向位置、速度以及加速度等参数的变化，以及机械手与工件/物体之间的 协作效果。 在总结中，气动机械手关节结构设计和运动学仿真分析是机械手开发过程中不可或缺的步骤。要注意结构设计的材料选

气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析毕业论文

气动机械手关节结构设计及运动学仿真分 析毕业论文 第1章绪论 1.1研究气动机械手的意义 近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展。现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究[1]。 从各国的行业统计资料来看，近30多年来，气动行业发展很快。20世纪70 年代，液压与气动元件的产值比约为9:1，而30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本国家，该比例已达到6:4，甚至接近5:5。我国的气动行业起步较晚，但发展较快。从20世纪80年代中期开始,气动元件产值的年递增率达20％以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。 传统的机器人关节多由电机或液(气)压缸等来驱动。以这种方式来驱动关节，位置精度可以达到很高，但其刚度往往很大，实现关节的柔顺运动较困难。而柔顺性差的机器人在和人接触的场合使用时，容易造成人身和环境的伤害。因此，在许多服务机器人或康复机器人研究中，确保机器人的关节具有一定的柔顺性提高到了一个很重要的地位。 人类关节具有目前机器人所不具备的优良特性，既可以实现较准确的位置控制又具有很好的柔顺性。这种特性主要是由关节所采用的对抗性肌肉驱动方式所决定的。目前模仿生物关节的驱动方式在仿生机器人中得到越来越多的应用。在这种应用中为得到类似生物关节的良好特性，一般都采用具有类似生物肌肉特性的人工肌肉。

运动学分析与仿真在机械设计中的应用

运动学分析与仿真在机械设计中的应用 引言：运动学分析与仿真是机械设计过程中重要的工具。它们能够帮助工程师评估机械系统的性能，优化设计方案，并提高产品的质量和可靠性。本文将探讨运动学分析与仿真在机械设计中的应用，并介绍其优势和挑战。 1. 运动学分析 运动学分析是描述机械系统运动行为的过程。通过运动学分析，工程师可以确定机械构件的轨迹、速度、加速度等关键参数。这对于机械系统的设计、控制和优化非常重要。 例如，在汽车设计中，运动学分析可以帮助工程师研究车身在不同路面上的摇摆情况。通过对车辆悬挂系统进行运动学分析，工程师可以确定最佳减震器的位置和参数，以提高车辆的行驶平稳性和舒适性。 2. 仿真技术 仿真技术是通过计算机模拟机械系统的运动行为。它可以模拟复杂的物理现象和运动过程，并提供详细的数值结果和可视化效果。借助仿真技术，工程师可以在设计前对不同方案进行评估，减少实验测试的时间和成本。 举例来说，在机械臂设计中，仿真技术可以模拟机械臂在不同工况下的运动轨迹和载荷。工程师可以通过仿真分析，确定机械臂的结构参数和控制策略，以提高其运动精度和工作效率。 3. 应用案例 （1）风力发电机设计

运动学分析和仿真可以帮助工程师优化风力发电机的转子设计。工程师可以通 过运动学分析确定转子叶片的角度和旋转速度，以提高转子的捕风面积和发电效率。同时，仿真技术可以模拟风力对转子的影响，以评估转子叶片的强度和稳定性。 （2）机械手臂控制 运动学分析和仿真在机械手臂控制中起着关键作用。通过运动学分析，工程师 可以确定机械手臂的关节角度和速度，以实现所需的运动轨迹和姿态。仿真技术可以模拟机械手臂与环境的相互作用，以优化控制算法和避免碰撞。 4. 优势和挑战 运动学分析和仿真在机械设计中具有许多优势，如提高设计效率、降低开发成本、优化性能等。然而，它们也面临一些挑战，如模型建立的准确性、计算精度的控制和仿真结果的验证等。 为了解决这些挑战，工程师需要选择合适的分析方法和仿真工具，并进行合理 的假设和边界条件的设定。同时，不断学习和提高仿真技术的应用水平，加强与实验测试的结合，可以进一步提高运动学分析和仿真在机械设计中的应用效果。 总结：运动学分析与仿真在机械设计中的应用是一项重要的技术工具。通过运 动学分析和仿真，工程师可以更好地理解和评估机械系统的运动行为，优化设计方案，并提高产品的性能和可靠性。然而，运动学分析和仿真仍然面临一些挑战，需要工程师不断提升自身能力和研究方法，以实现更准确和可靠的仿真分析。

气动机械手的设计

第一章绪论 1.1气动机械手的概述 我国国家标准(GB/T12643–90)对机械手的定义：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。” 机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。专用机械手：它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定(有时可调)程序，使用大批量的自动生产。如自动生产线上的上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置。通用机械手：它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产。它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。 机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。 1.1.1气动技术 气动技术—这个被誉为工业自动化之“肌肉”的传动与控制技术，在加工制造业领域越来越受到人们的重视，并获得了广泛应用。目前，伴随着微电子技术、通信技术和自动化控制技术的迅猛发展，气动技术也不断创新，以工程实际应用为目标，得到了前所未有的发展。气动技术(Pneumatics)是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。“Pneumatics”一词起源于希腊文的“Pneuma”，其原义为“呼吸”，后来才一演变成“气动技术”。 气动技术因具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单，以及防火、防爆、抗电磁干扰、抗幅射等优点广泛应用于汽车制造、电子、工业机械、食品等工业产业中。随着新材料、新技术、新工艺的开发和应用，气动技术己经突破传统的设计、制造理念，正在IC/LCD、微电子、生物制药、医疗机械等高技术领域扮演着重要角色。 随着生产自动化程度的不断提高，气动技术应用面迅速扩大，气动产品品种规格持续增多，性能、质量不断提高，市场销售产值稳步增长。在工业技术发达的欧美、日本等国家，气动元件产值已接近液压元件的产值，而且仍以较快的速

气动机械手毕业设计论文

气动机械手毕业设计论文 气动机械手毕业设计论文 引言 气动机械手是一种基于气动原理实现运动的机械手臂，具有结构简单、成本低、负载能力强等优点。在工业自动化领域，气动机械手的应用越来越广泛。本篇 论文旨在探讨气动机械手的设计和优化，以提高其性能和应用范围。 一、气动机械手的工作原理 气动机械手的工作原理基于气动原理，通过气压的控制来实现机械手臂的运动。气动机械手主要由气动缸、气控阀和传动机构组成。当气压作用于气动缸时， 气动缸会产生线性运动，从而带动机械手臂的运动。而气控阀则用于控制气压 的开关，从而控制机械手臂的动作。 二、气动机械手的设计要点 1. 结构设计 气动机械手的结构设计是保证其稳定性和负载能力的关键。设计者需要考虑机 械手臂的长度、材料强度、关节连接方式等因素。此外，还需要合理安排气动 缸和气控阀的位置，以确保机械手臂的运动路径和速度符合要求。 2. 控制系统设计 气动机械手的控制系统设计是实现精确控制的关键。设计者需要选择合适的气 控阀和传感器，并设计相应的控制电路。此外，还需要考虑气压的稳定性和控 制精度，以确保机械手臂的动作准确可靠。 3. 优化设计 为了提高气动机械手的性能和应用范围，设计者可以进行优化设计。例如，可

以采用多关节结构，增加机械手臂的自由度；可以采用高效的气控阀和传感器，提高机械手臂的控制精度；还可以采用轻量化材料，降低机械手臂的重量。 三、气动机械手的应用领域 气动机械手在工业自动化领域有着广泛的应用。它可以用于装配线上的零部件 组装，可以用于搬运重物，还可以用于危险环境下的作业。此外，气动机械手 还可以应用于医疗、食品加工等领域，为人们的生活提供便利。 四、气动机械手的发展趋势 随着科技的不断进步，气动机械手也在不断发展。未来，气动机械手有望实现 更高的负载能力和更高的控制精度。同时，随着机器学习和人工智能的发展， 气动机械手还可以实现自主学习和自主决策，从而更好地适应复杂的工作环境。结论 气动机械手作为一种基于气动原理的机械手臂，具有广泛的应用前景。通过合 理的结构设计和控制系统设计，可以提高气动机械手的性能和应用范围。未来，气动机械手还有望实现更高的负载能力和更高的控制精度，为工业自动化和人 们的生活带来更多便利。

气动机械手的设计毕业设计(完整)讲解

毕业设计（论文） 课题名称：气动机械手的设计 专业班级：13机械电子工程 学生姓名：钟国森 指导教师： 201 年月

目录 摘要 (4) 第一章前言 1.1机械手概述 (5) 1.2机械手的组成和分类 (5) 1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第二章机械手的设计方案 2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 3.1.3手部夹紧气缸的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 第四章手腕结构设计 4.1手腕的自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 4.2手腕的驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20 4.2.2回转气缸的驱动力矩计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核 5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.1.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.1.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5 .1 .3导向装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 5 .1 .4平衡装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 5.2手臂升降部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 5.2.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26． 5.2.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 5.3手臂回转部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 5.3.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 5.3.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

机械手臂运动学分析与动态模拟仿真研究

机械手臂运动学分析与动态模拟仿真研究 机械手臂作为一种重要的工业自动化设备，广泛应用于生产线自动化、危险环 境操作等场景。而机械手臂的运动学分析和动态模拟仿真则成为提高其操作精度和准确性的关键环节。本文将介绍机械手臂的运动学分析和动态模拟仿真，并探讨其在工业领域的应用。 首先，机械手臂的运动学分析是研究机械手臂在空间中的位置、速度和加速度 等运动学参数的科学。通过运动学分析可以获得机械手臂的关节变量与末端执行器姿态之间的关系，从而掌握机械手臂的运动规律。在运动学分析中，通常采用基于Denavit-Hartenberg（D-H）坐标系的方法，通过建立坐标系和连接关节的转动矩阵，计算机械手臂各关节的位姿和运动学参数。运动学分析的结果可以为后续的轨迹规划、动力学分析提供基础。 其次，机械手臂的动态模拟仿真是通过数学建模和仿真技术，模拟机械手臂在 工作过程中的运动状态和力学行为。动态模拟仿真可以帮助优化机械手臂的设计和控制策略，预测机械手臂在不同工作负荷下的性能，并评估其工作空间、作业速度等参数。在动态模拟仿真中，需要考虑机械手臂的惯性、摩擦、关节驱动力矩等因素，通过建立动力学方程和数值模型，求解机械手臂的运动状态和关节力矩。动态模拟仿真可以准确反映机械手臂的动态性能，为实际操作提供指导和参考。 机械手臂的运动学分析和动态模拟仿真在工业领域具有广泛的应用价值。首先，运动学分析可以为机械手臂的轨迹规划和路径规划提供基础，根据末端执行器所需的姿态和位置，计算关节角度，使机械手臂能够按照要求进行准确的操作。其次，动态模拟仿真可以辅助机械手臂的设计和改进。通过模拟机械手臂在不同负荷下的工作状态，评估机械结构的稳定性和承载能力，为机械手臂的优化设计提供参考。此外，动态模拟仿真还可以对机械手臂的控制策略进行验证和优化，提高机械手臂的运动精度和响应速度。

机械手的结构设计及控制

机械手的结构设计及控制 机械手是一种能像人手一样完成各种工作任务的装置。它具有高精度、高速度和可编程性等特点，广泛应用于工业自动化领域。机械手的结构设计和控制是实现其功能的关键。 一、机械手的结构设计 1. 关节型机械手 关节型机械手是由一系列的关节连接而成，每个关节都有自己的自由度。它的结构类似于人的手臂，能够模拟人的运动，灵活度较高。关节型机械手的结构设计注重关节的精确度和稳定性，同时需要考虑到机械手的负载能力和工作范围。 2. 直线型机械手 直线型机械手由一组平行移动的臂组成，可以在一个平面内进行线性运动。它的结构设计简单，适合进行一些简单的工作任务。直线型机械手的关键是确保臂的平移精确度和平稳度，以及确保工作范围的有效覆盖。 3. 平行四边形机械手 平行四边形机械手是一种特殊的机械手结构，它由四个平行运动的臂组成。平行四边形机械手的结构设计需要确保四个臂的平移精确度和平稳度，以及实现机械手的高速度和高精度。 二、机械手的控制

机械手的控制是指通过编程控制机械手完成各种工作任务。机械手 的控制系统一般包括硬件控制模块和软件控制模块。 1. 硬件控制模块 硬件控制模块包括电机驱动器、传感器、编码器等设备。电机驱动 器用于控制机械手的运动，传感器用于获取机械手与物体的位置和姿 态信息，编码器用于测量电机的位置和速度。 2. 软件控制模块 软件控制模块是机械手控制系统的核心部分，负责编写控制程序并 实时更新机械手的运动状态。软件控制模块可以使用编程语言如C++、Python等来实现。控制程序需要根据任务需求编写，包括运动规划、 轨迹控制、碰撞检测等功能。 机械手控制的关键是实现精确的运动控制和优化的路径规划。在控 制程序中，需要考虑到机械手的动力学模型、碰撞检测算法以及运动 规划算法等。同时还需要考虑到外部环境的变化以及机械手与物体之 间的互动。 三、机械手的应用 机械手广泛应用于工业自动化领域，可以完成包括搬运、装配、焊接、喷涂、夹持等多种工作任务。机械手的应用可以提高工作效率、 减少人力成本，并且具有一致性和精确性。另外，机械手还可以应用 于危险环境、无人值守工作场所，提高工作安全性。 结论

机械手臂设计

(33) 参考文献 (34) 致谢 (36) 动伺服技术走出实验室，气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手三足鼎立的局面。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚，但随着投入力度和研发力度的加大，我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用，为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础。由于气动机械手有结构简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点。

图2-3 长度与张力的关系 2.1.3气动肌肉的模型 在最简单的情况下，气动肌肉用作单作用驱动器，负载不变（如图2-4a）。假设气动肌肉上该负载一直存在，在没有压力的情况下，肌肉将从原始状态被拉伸一段长度，这是考虑气动肌肉的技术特性的一种理想工作状态：当加压时，气动肌肉在预拉伸状态下有最大的输出力和最佳动态性能，并且耗气量最小。在这种情况下，可用的力也最大。如果要求气动肌肉在扩张状态时无作用力（如允许附加上负载），首先就要加上用于提升负载目的的保持力，利用它的运动来移动作用力小的元件。 (a) (b) 图2-4不同外力作用下气动肌肉表现形式 当外力发生变化时（如图2-4b），气动肌肉像一根弹簧；它与力的作用方向一致。对用作“气弹簧”的气动肌肉而言，预拉伸力和弹簧刚度都是变化的。气

动肌肉在常压或体积不变的情况下可用作弹簧。这些气动肌肉会产生不同的弹簧特性，这使得它可很好地适用于具体应用[26]。 在机械设计手的设计过程中，为了简化设计的模型，使设计过程简单明了，采用如图2-5的二维简化模型。在三维模拟仿真阶段，由于气动肌肉所做的是拉 图2-5 二维简化模型 图2-6 三维简化模型 伸运动，为了实现肌肉的这种运动形式，把气动肌肉中部的隔膜软管的圆柱体改为长方体,并且为了定义滑动杆运动形式的方便，把每一根气动肌肉看做是由左右两根等长的半根气动肌肉组成（如图2-6）。 2.2气动机械手的基本结构 本课题所设计的气动机械手的结构如图2-7所示。

机械手关节结构设计及运动学仿真分析

毕业设计（论文） 题目：机械手关节结构设计及运动学仿真分析 （英文）：Manipulator joint structure design and kinematics simulation analysis 院别：机电学院 专业：机械电子工程 姓名： 学号： 指导教师： 日期： 机械手关节结构设计及运动学仿真分析 摘要 图纸请联系qq625880526

本课题为机械手关节结构设计及运动学仿真分析。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，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，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。实践证明，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，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。〖1〗 本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用Solidworks技术对机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。 本文重点解决的问题——结构设计及仿真。 本课题中主要内容是： （1）设计机械手关节结构； （2）关节结构的参数设计； （3）用仿真软件进行运动过程模拟分析以此来改善结构设计，直到得出满意的结果为止； （4）绘制总装图和零件图； 目标：满足机械手关节结构的设计要求。 关键词：结构设计；参数设计；运动学仿真 Manipulator joint structure design and kinematics simulation analysis ABSTRACT

气动机械手毕业论文

气动机械手毕业论文 气动机械手毕业论文 引言 气动机械手是一种基于气动技术的机械手臂，具有轻巧、灵活、成本低等特点，广泛应用于工业生产线上。本篇毕业论文将对气动机械手的原理、设计、控制 等方面进行探讨，以期为相关领域的研究提供一定的参考。 一、气动机械手的原理 1.1 压缩空气的利用 气动机械手的动力来源是压缩空气，通过将压缩空气转化为机械能，驱动机械 手的各个关节运动。压缩空气的利用是气动机械手能够实现轻巧、灵活的重要 原因之一。 1.2 气动元件的作用 气动机械手的关节运动依赖于气动元件的作用。常见的气动元件包括气缸、气 控阀、气动执行器等。气缸负责将压缩空气转化为线性运动，气控阀用于控制 气缸的开关，气动执行器将线性运动转化为机械手的运动。 二、气动机械手的设计 2.1 结构设计 气动机械手的结构设计需要考虑机械手的负载能力、工作范围、稳定性等因素。一般来说，机械手的结构包括底座、臂架、关节、末端执行器等部分。合理的 结构设计可以使机械手具有更好的性能和稳定性。 2.2 材料选择 气动机械手的材料选择对机械手的性能和寿命有着重要影响。常见的材料包括

铝合金、不锈钢等。铝合金具有重量轻、强度高的特点，适合用于制作机械手的关节和臂架。不锈钢具有耐腐蚀、耐磨损的特性，适合用于制作机械手的末端执行器。 三、气动机械手的控制 3.1 控制系统 气动机械手的控制系统是实现机械手运动的核心。控制系统通常包括传感器、执行器、控制器等组成部分。传感器用于感知机械手的位置、姿态等信息，执行器负责将控制信号转化为机械手的运动，控制器则负责对机械手进行控制和调节。 3.2 控制算法 气动机械手的控制算法是实现机械手运动的关键。常见的控制算法包括PID控制、模糊控制、遗传算法等。不同的控制算法适用于不同的控制需求，研究和选择合适的控制算法对于提高机械手的性能具有重要意义。 结论 气动机械手作为一种轻巧、灵活的机械手臂，在工业生产线上具有广泛的应用前景。本篇毕业论文对气动机械手的原理、设计、控制等方面进行了探讨，为相关领域的研究提供了一定的参考。希望通过对气动机械手的深入研究，能够进一步提升机械手的性能和应用范围，为工业生产的自动化提供更好的解决方案。

气动机械手的设计毕业设计

气动机械手的设计毕业设计 首先是气动机械手的机械结构设计。机械结构设计是气动机械手设计 中的核心部分，它直接影响机械手的运动轨迹、载荷能力和稳定性。在设 计过程中，需要考虑机械手的工作空间、自由度、运动速度和负载要求等 因素。根据任务需求，可以选择不同类型的机械结构，例如直线型、旋转型、球面型等。在选定机械结构后，需要进行强度计算和动力学仿真分析，以确定各种零部件的尺寸和材料，保证机械手的稳定性和可靠性。 其次是气动机械手的气动系统设计。气动机械手的气动系统是实现机 械手动作的关键，它由气源、气缸、气控阀和管路组成。在气源选择上， 一般采用压缩空气作为动力源，可以通过压缩机、气瓶或者空气压缩机组 来提供气源。气缸的选择和配置要根据机械手的设计要求和工作负载来确定，需要考虑气缸的工作压力、行程长度和移动速度等因素。气控阀的种 类有很多，例如单向阀、双向阀、比例阀等，根据具体的动作要求选用合 适的气控阀。管路设计可以采用集中式或分布式设计，根据机械手的运动 方式和工作空间来确定。 最后是气动机械手的控制系统设计。控制系统设计是实现机械手自动 化操作和精确控制的关键，它包括传感器、执行器、控制器和人机界面等 部分。传感器可以添加在气缸或机械手关节处，用于检测气压、位置、力 量等参数，实现机械手的反馈控制和保护功能。执行器可以是气缸或其他 电动执行器，用于实现机械手的各种动作。控制器可以采用PLC或微控制 器等设备，用于编程、逻辑控制和通信功能。人机界面可以通过触摸屏、 键盘或按钮等设备与机械手进行交互，实现操作和监视。 综上所述，气动机械手的设计涉及机械结构、气动系统和控制系统三 个方面。通过合理设计机械结构，选择适当的气动元件和配置气动系统，

机械工程中机械手的运动学建模与仿真

机械工程中机械手的运动学建模与仿真 在机器人工程领域，机械手是一种重要的装置，常被应用于工业自动化、医疗 等领域。机械手的运动学建模与仿真是研究机械手运动规律的关键步骤，它可以帮助工程师更好地设计和控制机械手的运动。 机械手的运动学建模是通过建立坐标系、分析机械手各关节之间的运动学关系，推导出机械手的位置、速度和加速度等关键参数。通过运动学建模，可以定量描述机械手的运动规律，为后续的控制和优化提供了基础。 在建立机械手的运动学模型时，需要首先选择适当的坐标系。坐标系的选择应 该以简化运动学模型和方便运动分析为原则。一般来说，选择靠近机械手基座的坐标系作为基准坐标系，然后定义各个关节的运动坐标系。采用逆运动学方法来推导机械手的运动学关系更为常见。逆运动学方法通过已知机械手末端的位置和朝向，求解出各关节的位置和角度。 在机械手的运动学建模过程中，需要考虑到各个关节之间的约束条件。机械手 的关节通常受到长度、角度和法向等约束条件的限制。这些约束条件需要在运动学模型中考虑进去，确保模型的准确性和可靠性。 建立好机械手的运动学模型后，可以利用计算机仿真软件进行仿真分析，验证 机械手的运动规律和性能。计算机仿真软件可以通过输入机械手的运动学模型和控制算法，模拟机械手的实际运动过程，并输出关键的运动参数和性能指标。 机械手的仿真分析可以帮助工程师进行多种场景的模拟和评估。例如，可以通 过仿真分析来验证机械手的工作空间是否满足要求，是否能够完成特定的任务。同时，仿真分析还可以评估机械手的性能指标，如定位精度、响应速度等。这些分析结果可以为工程师提供优化设计和系统调优的依据。 为了提高机械手的运动学建模与仿真的准确性和效率，研究者们还提出了一些 先进的方法和技术。例如，利用虚拟现实技术，可以将机械手的运动过程以三维的

用adams分析3r机械手的运动仿真

基于SolidWorks和ADAMS的 3R机械手运动仿真 本文利用SolidWorks软件对所设计三自由度机械手进行三维实体建模，然后通过SolidWorks和ADAMS良好的数据接口将模型数据直接导入ADAMS，根据实际设计要求添加相关约束，在此基础上进行运动仿真，研究机械手各机构关节的运动，测量各个关节的关节角位移、速度、加速度和驱动力矩的变化情况，通过观察各机构的运动轨迹以及相关曲线的变化趋势确定设计中存在的问题，对设计阶段的产品进行虚拟性能测试。 1 . 3R机械手的三维实体模型 1.1利用SolidWorks建立机械手的三维实体模型 本文所研究的三自由度机械手由臂1，臂2，臂3和手爪组成，臂1与大地固结在一起，其装配效果图如图1所示。 图1 机械手装配模型 1.2三维模型的导入 首先在SolidWorks环境下将机械手装配模型保存为“.x_t”格式，然后在ADAMS 中执行[import]导入刚才生成的“.x_t”文件。导入的模型没有质量，需要自己添加，在ADAMS中分别定义各零件材料属性为“steel”。

2 . ADAMS运动仿真 机械手在运动过程中要尽量平滑、平稳，否则会产生机械部件的磨损加剧，并导致机械手的振动和冲击。因此在仿真过程中测量各个关节的关节角位移、速度、角加速度和驱动力矩的变化情况。 将模型各零部件导入ADAMS软件中后，各个构件之间还没有任何的约束，模型只是提供了各构件的初始位置。本机械手两两相邻的构件构成的三个关节都是转动关节，均定义为旋转副，底座与大地之间定义为固定副。添加完约束后的模型如图2所示。 图2 ADAMS环境下机械手仿真模型 本文为机械手设置运动路径，已知路径求解各关节的驱动和力矩和转角运动情况。设图中球的运动角速度如下图3： 图3 球的运动角速度设定

基于Solidworks的机械手运动仿真设计

基于Solidworks的机械手运动仿真设计 ０引言 机械手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。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，改善劳动条件，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门，更能提高劳动生产率和自动化水平。随着现代生产的机械化和自动化的发展对机器人的需求越来越大因而对机器人的末端执行机构机械手的研究尤为重要。一些软件的发展为机械手的设计分析提供了方便降低了生产成本，本设计是基于Ｓolidworks软件，使得设计效率大大提高[1]。 本文是为普通车床配套而设计的上料机械手。它是一种模仿人体上肢的部分功能，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，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。 １机械手工作原理 上料机械手直接与工件接触的部件,它能执行人手的抓握功能。手抓取物体以物体为中心,用两根手指包络物体。根据抓取物体时的相对状态,靠手指与工件之间的摩擦力来夹持工件。本上料机械手采用二指平动手爪,属于夹持式手爪,手指由四杆机构带动,当上料机械手手爪夹紧和松开物体时,手指姿态不变,作平动。机械手手爪的结构见图1，①为支架、②气动杆、③和④为大螺钉、⑤和⑥为三孔连杆、⑦为小螺钉、⑧短连杆、⑨和⑩为手指。 通过气动杆②来传动力的，气缸带动气动杆②使之向上移动时,其它的杆件共同运动,此时手爪是处于握紧工件的过程;反之,当气缸带动气动杆②向下移动时, 手爪是处于张开的过程。这样,用气缸带动连杆②做往复平动，从而使其它杆件运动,带动手爪张合，手指上的任意一点的运动轨迹为一弧摆动。 图1机械手装配简图 2基于Ｓolidworks机械手仿真动画设计 2.1Ｓolidworks介绍 SolidWorks是一款功能强大的中高端CAD软件，方便快捷是其最大特色。它有全面的零件实体建模、生成工作机构的分解动画制作和高级动画制作等功能该软件以参数化特征造型为基础，具有功能强大、易学、易用等特点，是当前最优秀的中档三维CAD软件之一。 SolidWorks有全面的零件实体建模、生成工作机构的分解动画制作和高级动画制作等功能。工作原理最好的表达方式莫过于动态仿真，因为动态仿真是一种传递工作过程中各组成零件动作情况的良好载体，它的特点就在于形象和直观。Animator插件就是一个与Solidworks完全集成的动画制作软件插件，它能将Solidworks的三维模型实现动态的可视化，并且实时录制构件的模拟装配过程、模拟拆卸过程和构件的模拟工作过程，将构件的工作情况得到更好地表达，增强了人们对构件的认识和了解。该软件在工业生产中的应用不但可以提高设计质量，缩短工程周期，还可以节约大量建设投资。 并且，随着信息技术在各领域的迅速渗透，CAD技术已经得到广泛的应用，从根本上改变了传统的设计、生产、组织模式对推动现有企业的技术改造、带动整个产业结构的变革、发展新型技术、促进经济增长都具有十分重要的意义[2][3]。

机械手运动仿真实验报告

机械手运动仿真实验报告 一、机械手结构组成（简图） ①为机械手底座②为机械臂1 ③为机械臂2 ④为机械臂3 a、b、c为转动副，机械臂实现3自由度运动 二、机械手运动学方程推导 绘图框及转动副夹角： 绘图框大小为400X400 转动副a：anglea 转动副b：angleb 转动副c：anglec 机械手运动范围： 机械臂1长度50，机械臂2长度100，机械臂3长度50。三个关节可实现360度旋转。故机械臂运动范围为以半径为200的圆内。 机械手底座： X：(150,200) Y：(250,200) 机械臂1：

X1：(200,200) Y1：((200+ 50 * cos(anglea*3.1415926/180)), (200-50 * sin(anglea*3.1415926/180))) 机械臂2： X2：((200+ 50 * cos(anglea*3.1415926/180)), (200-50* sin(anglea*3.1415926/180))) Y2：((200 + 50 * cos(anglea*3.1415926/180)+100 * cos(angleb*3.1415926/180)), (200 - 50 * sin (anglea*3.1415926/180)-100* sin(angleb*3.1415926/180))) 机械臂3： X3：((200 + 50 * cos(anglea*3.1415926/180)+100 * cos(angleb*3.1415926/180)), (200 - 50 * sin (angLea*3.1415926/180)-100* sin(angleb*3.1415926/180))) Y3：( (200 + 50 * cos(anglea*3.1415926/180)+100 * cos(angleb*3.1415926/180)+50 * cos(anglec *3.1415926/180)), (200 - 50 * sin(anglea*3.1415926/180)-100* sin(angleb*3.1415926/180)-50 * sin(anglec*3.1415926/180))) 三、机械手运动仿真程序编写（关键函数代码） pWnd->Invalidate(); pWnd->UpdateWindow() ; pDC->Rectangle(0,0,400,400); DrawRobotBase(); DrawRobotMemberBar1(m_fanglea); DrawRobotMemberBar2(m_fanglea, m_fangleb); DrawRobotMemberBar3(m_fanglea, m_fangleb, m_fanglec); //绘制底座及其颜色代码 void CDrawRobotDlg::DrawRobotBase() { CPen SuiyiPen; SuiyiPen.CreatePen(PS_SOLID,Wide,RGB(hong, lv, lan)); CPen *oldPen; oldPen = pDC->SelectObject(&SuiyiPen); pDC->MoveTo(150,200); pDC->LineTo(250,200); pDC->SelectObject(oldPen); DeleteObject(SuiyiPen) ; } //绘制杆1

关节型机器人的结构设计及其运动学分析共3篇

关节型机器人的结构设计及其运动学 分析共3篇 关节型机器人的结构设计及其运动学分析1 关节型机器人是一种机器人，它通过关节连接来实现运动。这种机器 人的动作比较灵活，因为它们可以在任何方向上旋转和进行其他运动。在这篇文章中，我们将详细介绍关节型机器人的结构设计以及关节型 机器人的运动学分析。 1.结构设计 关节型机器人的结构设计通常由关节、链节和执行器组成。执行器通 常用于控制关节的旋转，链节是连接关节的部分，而关节则是连接链 节和执行器的部分。 关节可以是旋转关节，旋转关节可以使机器人以一个轴旋转；也可以 是平移关节，平移关节可以使机器人上下或前后移动。此外，还有万 向节，可以使机器人在任何方向上旋转。 链节可以是线性链节或旋转链节。线性链节将机器人的每个部分连接 在一起，而旋转链节则可以使机器人上下或前后移动。 执行器可以是电动或气动，用于控制机器人的运动。执行器可以使用 电机或其他控制系统，以改变关节的位置或旋转。 2.运动学分析 关节型机器人的运动学分析涉及到机器人的运动学参数的推导。这些 参数包括关节角度、链节的长度等等。运动学分析是设计和控制关节

型机器人的重要步骤。 关节角度是指每个关节相对于中心轴线的角度。这些角度可以用来计算机器人的位置和方向。 链节的长度是连接各个关节的链节的长度。这些长度可以通过测量所需的距离来确定。 在运动学分析过程中，需要确定机器人的末端位置和方向。这可以通过测量机器人的位置和角度来完成。此外，还需要计算各个部分的速度和加速度，以便更好地控制机器人。 在运动学分析的过程中，需要考虑各种因素，如摩擦、重力等。这些因素会影响机器人的运动，需要用仔细的计算方法进行处理。 总体而言，关节型机器人的结构设计和运动学分析需要仔细考虑，设计师需要仔细测量各个部件的尺寸和相对位置，以确保机器人的正常运作。在设计和控制机器人时，需要仔细考虑各种因素，例如摩擦、重力和惯性等，以确保机器人可以准确地执行其任务。 关节型机器人的结构设计及其运动学分析2 关节型机器人是一种基于多自由度（DOF）的机器人，关节型机器人的运动自由度非常大，可以完成多种复杂的动作。为了控制关节型机器人的动作，需要对其结构设计及其运动学分析进行研究。 结构设计 关节型机器人的结构设计主要包括机械结构设计和传动系统设计。 机械结构设计

基于SolidWorks的关节型工业机器人的结构设计与动态仿真

基于SolidWorks的关节型工业机器人的结构设计与动态仿真 作者：刘慧梅徐静 来源：《东方教育》2017年第23期

摘要：工业机器人是一种高度自动化的现代制造自动化设备，在SOLIDWORKS软件平台上设计出关节型工业机器人模型，按照机构的结构几何尺寸，创建零件，并进行运动仿真，为工业机器人的实际样机的试制奠定了基础。 关键词：SolidWorks；关节型工业机器人；仿真 1 引言 SolidWorks是法国达索公司最先在Windows系统上开发的一款三维设计软件。其CAD功能方面涵盖了所有的设计类型，实体建模、曲面设计、二维工程图、装配、运动仿真、结构分析等功能一应俱全。本文对关节型工业机器人结构进行设计而并对各部分零件及机械手进行建模仿真，为企业项目要求而进行参数改造和控制系统分析创造条件。 2. 机器人本体结构设计

在SolidWorks的软件中的设计思路一般为：确定好外型尺寸和技术参数的草图后，根据草图规范好的尺寸范围和约束关系来设计零件和总装配体。 2.1 零件设计 在SolidWorks三维设计环境下，机器人的机构设计和造型设计合为一体，在用SolidWorks进行实体建模就会很方便。根据各个部件的结构特点，通过草图约束、实体拉伸和旋转扫描等特征方式建立各个零件的模型并进行装配。下面就是对机械手的主要组成部分进行设计。 2.1.1 基座的设计 基座，是整个机器人的支持部分。基座是整个机器人本体的支撑。为保证机械臂运行的稳定性，采用实心铸铁作支撑。如图1所示，周围采用双排螺母紧固，并在转盘处设计加强筋以增加其刚度，基座后端是接线盒子，所有电机的驱动信号和反馈信号都从中出入。 2.1.2 腰部的设计 腰部，是连接大臂和基座的部件，通常是回转部件。如图2所示，腰部的回转运动再加上手臂的平面运动，能使手腕空间运动。腰部是执行机构的关键部件，它的制造误差，运动精度和平稳性，对机器人的定位精度有决定性的影响。 2.1.3 大臂的结构设计 大臂相当于人手臂的肘部，它的设计要注意的地方是满足基本尺寸的要求前提下考虑如何减少材料消耗并增加结构平衡性的的问题，故本例在设计时选用的材料是1060合金，其质量轻，强度也满足设计要求。其结构如图3所示。 2.1.4 小臂的结构设计 小臂在设计的时候材料消耗要比大臂少，体积也轻，用以连接大臂与手腕，组件包括小臂，传动部件，传动轴等，在小臂前端固定安装用以驱动手腕运动的伺服电机。其结构如图4所示。 2.2 虚拟装配 在工业机器人装配体的虚拟装配的过程中，先创建一个SOLIDWORKS装配体文件，再将设计的零部件插入装配体中，最后在装配体中使用“移动零部件”和“旋转零部件”命令来拖动或旋转零部件，调整各零部件之间的相对位置关系，以方便添加配合关系或选择零件实体。可以先装配为子装配体，然后再用子装配进行装配形成机器人整机，如图5所示。