机械臂运动路径设计问题

机械臂运动路径设计问题

自1959年美国的英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人“尤尼梅特”开始，近半个世纪以来，机器人的研制和应用以惊人的速度发展并取得长足的进步。当今世界，机器人的应用领域已十分广泛，包括工业生产、海空探索、医疗康复和军事活动等，此外，机器人已逐渐在医院、家庭和一些服务行业获得应用。从生产车间中的焊接机械手，到水下自治式机器人，从娱乐性的拳击机器人，到伊拉克战场上的无人驾驶机，机器人已经与我们的日常生活息息相关。

机器人通常分为关节式机器人（或称机械臂、机械手、机器人操作臂、工业机器人等）和移动式机器人。一般来说，前者具有更多的自由度，而后者的作业范围则更大一些。

以某型号机器人为例，其示意图见图1：

图1 机器人结构图

这种机器人一共有6个自由度，分别由六个旋转轴（关节）实现，使机器人的末端可以灵活地在三维空间中运动。为了便于分析和计算，我们对机器人结构进行简化，简化后的数据见图2和参数表1。这里用七条直线段表示机器人的七个连杆，连杆之间用所谓的旋转关节连接，已知AB＝140mm，BC＝255mm，CD＝255mm，DE＝65mm。根据旋转的方向分成两类关节，旋转轴分平行连杆的（如图1的自由度一、四、六，对应于图2中的F，G，H）和垂直连杆的（如图1的自由度二、三、五，对应于图2中的B，C，D）两种，前者如笔帽的转动方向，后者如摇柄

的转动方向。每一个关节对应一个角度i θ，这个角度表示前一个连杆方向到后一个连杆方向转角（对于B ，C ，D ），连杆方向为AB 、BC 、CD 、DE ，或者相对于初始位置的转角（对于F ，G ，H ），假设机器人的初始位置是在一个平面上的（y-z 平面）。为了使机器人运动得更加灵活允许关节的转角超过360°的。

图2：机器人的尺寸图

机器人关于六个自由度的每一个组合),,,,,(654321θθθθθθ=Θ，表示机

械臂的一个姿态，显然每个姿态确定顶端指尖的空间位置X ：

X f →Θ)(。

假定机器人控制系统只能够接收改变各个关节的姿态的关于连杆角度的增量指令（机器指令）

),,,,,(654321θθθθθθ??????=?Θ=P ，使得指尖（指尖———图2中

的E 点，具有夹工具、焊接、拧螺丝等多种功能，不过在这里不要求

考虑这方面的控制细节）移动到空间点X′，其中各个增量i θ?只能取

到-2, -1.9, -1.8, ┅，1.8, 1.9, 2这41个离散值（即精度为0.1°，

绝对值不超过2°）。通过一系列的指令序列n P P P P ,,,,321 可以将指

尖依次到达位置X 0，X 1，┅，X n ，则称X 0，X 1，┅，X n 为从指尖初始位

置X 0到达目标位置X n 的一条路径（运动轨迹）。根据具体的目标和约

束条件计算出合理、便捷、有效的指令序列是机器人控制中的一个重

要问题。我们约定直角坐标系的原点设在图2的A 点，z 轴取为AB 方

向，x 轴垂直纸面而y 轴则在基座所固定的水平台面上。

1．根据市场需求，机械臂制造厂打算为他们的产品研发一个软件

系统，能够直接将用户的运动命令自动转换成机器指令序列。即为这

类机器人设计一个通用的算法，用来计算执行下面指定动作所要求的

指令序列，并要求对你们算法的适用范围、计算效率以及你们的近似

算法所造成的误差和增量i θ?离散取值所造成的误差大小进行讨论（不

考虑其他原因造成的误差）：

①．已知初始姿态Φ0和一个可达目标点的空间位置（O x , O y , O z ），

计算指尖到达目标点的指令序列。

②．要求指尖沿着预先指定的一条空间曲线x = x (s ), y = y (s ),

z = z (s ), a ≦ s ≦b 移动，计算满足要求的指令序列。

③．在第①个问题中，假设在初始位置与目标位置之间的区域中

有若干个已知大小、形状、方向和位置的障碍物，要求机械臂在运动

中始终不能与障碍物相碰，否则会损坏机器。这个问题称机械臂避碰

问题，要求机械臂末端在误差范围内到达目标点并且整个机械臂不碰

到障碍物（机械臂连杆的粗细自己设定）。

2. 应用你的算法就下面具体的数据给出计算结果，并将计算结果

以三组六维的指令序列（每行6个数据）形式存放在Excel 文件里，

文件名定为answer1.xls ，answer2.xls 和answer3.xls 。

假设在机械臂的旁边有一个待加工的中空圆台形工件，上部开口。

工件高180mm ，下底外半径168mm ，上底外半径96mm ，壁厚8mm 。竖立

地固定在xy －平面的操作台上，底部的中心在 (210, 0, 0)。

①．要求机械臂（指尖）从初始位置移动到工具箱所在位置的 (20,

－200, 120) 处，以夹取要用的工具。

②．如果圆台形工件外表面与平面 x = 2 z 的交线是一条裂纹

需要焊接，请你给出机械臂指尖绕这条曲线一周的指令序列。

③．有一项任务是在工件内壁点焊四个小零件，它们在内表面上

的位置到xy 平面的投影为（320,-104）、（120,106）、（190,-125）

和（255,88）。要求机械臂从圆台的上部开口处伸进去到达这些点进

行加工，为简捷起见，不妨不计焊条等的长度，只考虑指尖的轨迹。

3．制造厂家希望通过修改各条连杆的相对长度以及各关节最大旋

转角度等设计参数提高机械臂的灵活性和适用范围。请根据你们的计

算模型给他们提供合理的建议。

参数表1 初始姿态Φ0和动作范围

论文写作要求：

●论文用白色A4纸单面打印；上下左右各留出至少2.5厘米的页边距；从左侧

装订。

●论文题目和摘要写在论文第一页上，从第二页开始是论文正文。

●论文从第二页开始编写页码，页码必须位于每页页脚中部，用阿拉伯数字从

“1”开始连续编号。

●论文有页眉，标上：温州大学瓯江学院数学建模与实验课程论文。

●论文题目用三号黑体字、一级标题用四号黑体字，并居中；二级、三级标题

用小四号黑体字，左端对齐（不居中）。论文中其他汉字一律采用小四号宋体字，行距用单倍行距，打印时应尽量避免彩色打印。

●提请大家注意：摘要应该是一份简明扼要的详细摘要（包括关键词），在整

篇论文评阅中占有重要权重，请认真书写（注意篇幅不能超过一页，且无需译成英文）。

●引用别人的成果或其他公开的资料(包括网上查到的资料) 必须按照规定的

参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中均明确列出。正文引用处用方括号标示参考文献的编号，如[1][3]等；引用书籍还必须指出页码。参考文献按正文中的引用次序列出，其中书籍的表述方式为：

[编号] 作者，书名，出版地：出版社，出版年。

参考文献中期刊杂志论文的表述方式为：

[编号] 作者，论文名，杂志名，卷期号：起止页码，出版年。

参考文献中网上资源的表述方式为：

[编号] 作者，资源标题，网址，访问时间（年月日）。

温州大学瓯江学院《数学建模与实验》课程考试命题组

2009年3月16日修订

论文封面：

温州大学瓯江学院

数学建模与实验论文

年月日----年月日

论文题目：

参赛队员信息(必填)：

基于某STM32的机械臂运动控制分析报告设计

机器人测控技术 大作业课程设计 课程设计名称：基于STM32的机械臂运动控制分析设计专业班级：自动1302 学生姓名：张鹏涛 学号：201323020219 指导教师：曹毅 课程设计时间：2016-4-28～2016-5-16 指导教师意见： 成绩: 签名：年月日 目录 摘要.............................................................................................................................. I V 第一章运动模型建立................................................................................................. V

1.1引言............................................................................................................. V 1.2机器人运动学模型的建立........................................................................... V 1.2.1运动学正解................................................................................... VII 第二章机械臂控制系统的总体方案设计............................................................. VIII 2.1机械臂的机械结构设计........................................................................... VIII 2.1.1臂部结构设计原则...................................................................... VIII 2.1.2机械臂自由度的确定..................................................................... I X 2.2机械臂关节控制的总体方案...................................................................... I X 2.2.1机械臂控制器类型的确定............................................................. I X 2.2.2机械臂控制系统结构...................................................................... X 2.2.3关节控制系统的控制策略.............................................................. X 第三章机械臂控制系统硬件设计............................................................................ X I 3.1机械臂控制系统概述.................................................................................. X I 3.2微处理器选型............................................................................................ XII 3.3主控制模块设计........................................................................................ XII 3.3.1电源电路....................................................................................... XII 3.3.2复位电路...................................................................................... XIII 3.3.3时钟电路...................................................................................... XIII 3.3.4 JTAG调试电路 ........................................................................... X IV 3.4驱动模块设计........................................................................................... X IV 3.5电源模块设计........................................................................................... X VI 第四章机械臂控制系统软件设计........................................................................XVII 4.1初始化模块设计......................................................................................XVII 4.1.1系统时钟控制.............................................................................XVII 4.1.2 SysTick定时器......................................................................... XVIII 4.1.3 TIM定时器 ................................................................................. X IX 4.1.4通用输入输出接口GPIO ............................................................ XX 4.1.5超声波传感器模块....................................................................... XX 总结........................................................................................................................... X XI 参考文献..................................................................................................................XXII 附录A .................................................................................................................... XXIII 附录B .................................................................................................................... XXIV

冲压搬运机械手的设计说明书完整版

冲压搬运机械手的设计 设计说明书

摘要 本文简要介绍了工业机器人的概念，机械手硬件和软件的组成，即PLC控制的气动机械手的系统工作原理，机械手各个部件的整体尺寸设计，气动技术的特点，PLC控制的特点。本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。同时，设计了机械手的夹持式手部结构，设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。设计了机械手的手臂结构。设计出了机械手的气动系统，绘制了机械手气压系统工作原理图，大大提高了绘图效率和图纸质量。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取了合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了机械手的工作时序图，并绘制了可编程序控制器的控制程序。 关键词：工业机器人机械手气动可编程序控制器（PLC）

Structural Design of Multi-purpose Pneumatic Robot Abstract At first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the Eller. Dairy information of the development briefly. What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic.The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator,The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator. This paper designs the structure of the wrist, computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.The paper designs the structure of the arm.The paper designs the system of air pressure drive and draws the work principle chart, the manipulator uses PLC to control. The paper institutes two control schemes of PLC according to the work flow of the manipulator. The paper draws out the work time sequence chart and the trapezium chart. What’s more, the paper workout the control program of the PLC. KEY WORDS:industrial robot manipulator pump air pressure drive PLC

通用机械臂设计说明书

题目: 通用机械臂机构设计

目录 1.绪论 (1) 1.1 选题背景 (1) 1.2 国内外研究现状和趋势 (1) 1.3机械臂的组成 (2) 1.4 设计目的 (3) 1.5研究内容 (4) 2.机械臂的总体设计方案 (4) 2.1 机械臂总体结构的类型 (4) 2.2机械臂主要部件及其运动 (5) 2.3驱动机构选择 (6) 2.4机械臂技术参数 (6) 3.机械臂手部计算 (7) 3.1手部设计基本要求 (7) 3.2典型手部结构 (7) 3.3机械臂手爪的设计计算 (7) 4.腕部的设计计算 (12) 4.1腕部设计基本要求 (12) 4.2腕部结构 (13) 4.3腕部的设计计算 (13) 5.臂部设计以及有关计算 (17) 5.1臂部设计的基本要求 (18) 5.2手臂的典型机构及其选择 (19) 6机座设计 (24) 结论 (24) 参考文献 (25)

1.绪论 1.1 选题背景 机械臂是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械臂的发展，使得机械臂能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械臂能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械臂越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械臂已发展成为柔性制造系统FMS 和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械臂共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械臂的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械臂的研究设计是非常有意义的。 1.2 国内外研究现状和趋势 目前，在国内外各种机器人和机械臂的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下： A．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。 B．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

最新人教版八年级物理上册第1章机械运动复习课教案

第一章《机械运动》单元复习课 【复习目标】 1、会根据生活经验估测长度和时间，会选用适当的工具测量长度和时间，知道测量有误差，误差和错误 是有区别的。 2、知道参照物的概念，运动是宇宙中的普遍现象，运动和静止是相对的，能选择合适的参照物来描述运 动，能用实例解释机械运动及其相对性。 3、会用速度描述物体运动的快慢，通过实验测量物体运动的速度，能用速度公式及其变形公式进行简单 计算，知道匀速直线运动的概念，能用平均速度描述变速直线运动的快慢。 4、能通过实验用停表测出物体通过这段路程所用的时间，能利用v=s/t计算出物体在这段时间内运动的 平均速度。 【复习重点和难点】 重点：长度的测量，测量时要引导学习选择合适的工具，然后正确使用工具进行测量. 难点：平均速度的测量与计算 【前置准备】利用多媒体展示本章思维导图 【学具准备】 刻度尺、钢卷尺、秒表、斜面、小车、金属片等多媒体课件和学生导学稿 【复习过程】 一、创设情境、引入复习 让学生把准备的刻度尺、钢卷尺、秒表、斜面、小车、金属片等放在桌面，问：我们利用所有的器材可以做哪些实验？学生回答：可以进行长度、时间的测量，还以进行平均速度的测量。引出复习内容。设计意图：让学生从身边熟悉的事物——长度、时间入手，设计实验、进行实验达到温顾知新的目的。 二、专题复习 【专题一】长度和时间的测量

聚焦知识点一： 1．在国际单位制中长度的基本单位是。 2．长度测量的基本工具是。 3. 长度单位间的换算关系是为:1km= m、1dm= m、1cm= m、1mm= m、 1μm= m、1nm= m 练习题： 1．中学生的大拇指指甲宽度约为( ) A．1 mm B．1 cm C．1 dm D．1 m 2、完成下列单位换算： 人头发直径约7×10-5m= μm 地球半径6.4×106m= km 珠穆朗玛峰海拔高度8.84443 =884443 （填上单位） 3、估测课桌的长度为 80 （填上合适的单位）。 设疑：我们估测的准确吗？如果不准确应该怎么办？ 设计意图：从身边的事例做起，让学生认识到我们的估计中会出现很多的偏差，要想减小偏差，那就要借助到工具，引出刻度尺正确使用并练习了国际单位及常见单位的换算。 聚焦知识点二： 正确使用刻度尺：刻度尺的使用要做到会观察、会放置、会读数、会记录。 会观察——刻度尺的、和零刻线是否磨损。 会放置——刻度尺要沿着被测物体的长度，刻度线要被测物体，找准或选取一个整刻度线和一端对齐。 会读数——视线要和尺面，读数时要估读到的下一位。 会记录——测量结果应由和组成。 实验设计：利用刻度尺来测量物体的长度。 1、用所给出的钢尺、卷尺等刻度尺，挑选出合适测量工具并测出课桌的长度 m。 2、如图所示，用A、B两刻度尺测同一木块的边长，就分度值而言，尺精密些，就使用方法而

电机壳体搬运机械手设计说明书

毕业设计（说明书） 题目电机壳体搬运机械手 专业机械设计制造及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 论文字数 完成日期2010年5月

机械设计制造及其自动化 摘要：随着科学技术的发展和自动化生产线在企业产品生产中的广泛应用，机械手作为自动化生产线的重要组成部分也得到了长足的发展和进步。尤其是随着机械结构的优化，气动、液压技术的成熟，控制元件的发展和控制方式的不断改进和创新，机械手的动作精确性、控制灵活性和工作可靠性得到了明显的改善。机械手的出现在减轻工人劳动强度和难度、提高工作效率和质量、降低生产成本上做出了突出贡献，机械手的发展在企业的发展和创收上起到了举足轻重的作用。本课题是一个机、电结合较为紧密的实用性项目，文中对PLC的应用、机械结构的设计、控制方法的选择等方面进行了必要的探讨。最后，总结了全文，指出了机械手的改进措施、应用前景和发展方向。 关键字：机械手，液压驱动，PLC（可编程控制器）

Abstract:With the development of the science and technology and the application of the automobile product line in the production, the manipulator, who serves as the important part of the automobile product line, has also experienced dramatic progress and development. Especially with the improvement of the structure of the machine, the maturity of pneumatics and hydraulics, and the constant improvement of the control element such as the singlechip, PLC, the motion controller, and soon, and the ceaselessly ameliorative and innovative control mode, the precision, delicacy and reliability of the manipulator has been improved expressly, which contributed to alleviating the worker’s labor intensity and difficulty, boosting the working efficiency and quality, reducing cost, as to play an extremely important part in the development and income of the corporations. The subject is a practical item where the mechanics and electrics are integrated very closely. The writer has made a necessary discussion in the application of PLC, the optimize of mechanical structure and the study of control mode and researches into the mechatronics. the writer summarizes the whole thesis and points out the amelioration, perspective and developing direction of the manipulator. Key Words: manipulator, the hydraulic pressure drive, PLC(Programmable Logic Controller)

初中物理机械运动教案.doc

初中物理机械运动教案 在八年级的物理学习过程中，会学到《机械运动》这一课，那么老师在上课之前要做好教案的设计，下面我为你整理了，希望对你有帮助。 初中机械运动教案 (一)教学目的 1.知道什么是机械运动，知道机械运动是宇宙中最普遍的现象。 2.知道什么叫参照物，知道判断物体的运动情况需要选定参照物。知道运动和静止的相对性。 3.知道什么是匀速直线运动。 (二)教具 1米长的一端封闭的玻璃管，管内注入水，并留约2厘米长的一段空气柱，管口被封闭;节拍器(或秒表)。 (三)教学过程 一、复习提问 1.常用的测量长度的工具是什么?常用的长度单位有哪些?它们之间的换算关系是怎样的? 2.完成下列长度单位的换算，要求有单位换算的过程。由两名同学到黑板上演算，其他同学在笔记本上进行练习。 教师口述：0.2千米=______厘米。(答：2×104厘米) 500微米=______米。(答：0.0005米) 对学生所答进行讲评。

3.用最小刻度是毫米的刻度尺测量课本图1—5甲图中木块的实际长度。要求每个学生动手测量。由同学说出测量结果。巩固上节所学正确使用刻度尺测长度、正确读、记测量结果和减小误差的基本知识。 二、新课教学 1.新课的引入 组织同学阅读课本节前大"?"的内容。提问：飞机在天空中飞行，子弹在运动吗?飞行员为什么能顺手抓住一颗飞行的子弹呢?要回答这些问题，我们就要认真学习有关物体运动的知识。 板书："第二章简单的运动 一、机械运动" 2.机械运动 (1)什么是机械运动? 运动是个多义词，物理学里讲的运动是指物体位置的变化。同学们骑自行车时，人和自行车对地面或路旁的树都有位置的变化;飞机在天空中飞行，它相对于地面有位置的变化。物理学里把物体位置的变化叫机械运动。 (2)机械运动是宇宙中最普遍的运动。 提问并组织学生回答：举例说明我们周围的物体哪些是在做机械运动。对于回答中所举机械运动实例，教师要明确指出是哪个物体相对什么物体有位置的改变。 组织同学看课本图2—2，提问：图中的哪些物体在做机械运动? 答：图2—2中运动员、足球、列车、地球、人造卫星、太阳系、银河系都在不停地做机械运动。

机械臂结构设计

工业机械臂结构设计 1）连杆 设计步骤如下： 1．选择“前视基准面”作为草图绘制平面，绘制草图1，如图3-69所示。

2．点选拉伸特征图标, 在属性管理器中输入：终止条件：两侧对称，拉伸高度值15mm，确定，完成实体造型1。 3．选择“右视基准面”作为草图绘制平面，绘制草图1，如图3-69所示。

4．点选切除-拉伸特征图标,在属性管理器中输入拉伸高度值61mm，确定，完成实体造型2。 5．选择图示边线，点选圆角特征按钮，添加半径为5mm的圆角。完成连杆实体造型如图所示。 2）连接件1 1．选择“前视基准面”作为草图绘制平面，绘制草图1，如图3-69所示。

2．点选拉伸特征图标, 在属性管理器中输入：终止条件：两侧对称，拉伸高度值4mm，确定，完成实体造型。 3）连接件2 1．选择“前视基准面”作为草图绘制平面，绘制草图1，如图3-69所示。 2．点选拉伸特征图标,在属性管理器中输入终止条件：两侧对称，拉伸高度值15mm，确定，完成实体造型。 3．选择“上视基准面”作为草图绘制平面，绘制草图1，如图3-69所示。

4．点选切除-拉伸特征图标, 在属性管理器中输入终止条件：给定深度，拉伸高度值12mm，确定，完成实体造型2。 5．选择图示表面作为草图绘制平面，绘制草图1，如图3-69所示。 6．点选切除-拉伸特征图标,在属性管理器中输入拉伸高度值40mm，确定，完成实体造型3。7．选择“前视基准面”作为草图绘制平面，绘制草图1，如图3-69所示。 8．点选拉伸特征图标,在属性管理器中输入终止条件：两侧对称，拉伸高度值12mm，确定，完成实体造型。 9．选择图示表面作为草图绘制平面，绘制草图1，如图3-69所示。

搬运机械手设计说明书

机械与装备工程学院 课程设计说明书 （2016/2017学年第 1学期） 课程名称：机械设计课程设计 题目：搬运机械手的设计 专业班级：机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学号： 130200216 指导教师： 设计周数： 2周 设计成绩： 2016年 12月 31日

第一章绪论 0 1.1 机械手的应用现状 0 1.2 机械手研究的目的、意义 0 1.3 设计时要解决的几个问题 0 第二章机械手总体方案的设计 (2) 2.1 机械手的系统工作原理及组成 (2) 2.2 机械手的基本结构及工作流程 (2) 第三章机械手的方案设计及其主要参数 (4) 3.1 坐标形式和自由度选择 (4) 3.2 执行机构 (4) 3.3 驱动系统 (5) 3.4 控制系统 (6) 第四章结构设计及优化 (7) 4.1手部夹紧气缸的设计 (7) 4.1.1手部夹紧气缸的设计 (7) 4.1.2 确定气缸直径 (8) 4.1.3 气缸作用力的计算及校核 (8) 4.1.4 缸筒壁厚的设计 (8) 4.1.5 气缸的基本组成部分及工作原理 (9) 4.2手臂结构优化设计 (9) 4.2.1问题描述 (9) 4.2.2设计分析 (9) （1）抗拉强度条件 (10) （2）抗剪强度条件 (10) （3）刚度条件 (11) （4）结构尺寸限制 (11) 4.2.3建立数学模型 (11) 4.2.4优化计算 (12) 4.2.5优化结果分析 (14) 第五章 Adams运动仿真 (15) 总结与展望 (18)

机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备，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，随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。 本设计中的搬运机械手的动作由气动缸驱动，气动缸由相应的电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制。驱动执行元件完成，能十分方便的嵌入到各类工业生产线中。 本文中对机械手臂运用MATLAB算法进行优化设计，它使得优化过程变得非常简单、容易理解和掌握，从而避免编写各种复杂的运算程序，提高了设计效率。 用 ADAMS 软件建立虚拟样机进行仿真并优化参数，得出了机械手的运动过程的演示动画，发现设计结构能有机地结合在一起，工作平稳，并在指定的速度和负载等参数下得出了所需要的驱动力和结构参数等。虚拟样机代替物理样机对工程机械进行创新设计、测试和评估，可以降低设计成本，缩短开发周期，而且设计质量和效率都可以得到提高。 关键词:机械手，气动，优化设计，仿真

(机械制造行业)工业机械手设计说明书

第一章引言 1.1 液压机械手概述 液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质源极为方便，输出力小，液压动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 液压技术有以下优点: （1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； （2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； （3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； （4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； （5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；（6）操纵控制简便，自动化程度高； （7）容易实现过载保护。 1.2 液压机械手的设计要求 1.2.2 课题的设计要求 本课题将要完成的主要任务如下: (1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。 (2)选取机械手的座标型式和自由度。 (3)设计出机械手的各执行机构，包括:手部、手腕、手臂等部件的设计。为了使通用性更强，手部设计成可更换结构，不仅可以应用于夹持式手指来抓取棒料工件，在工业需要的时候还可以用气流负压式吸盘来吸取板料工件。 (4)液压传动系统的设计 本课题将设计出机械手的液压传动系统，包括液压元器件的选取，液压回路的设计，并绘出液压原理图。 (5)机械手的控制系统的设计 本机械手拟采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根

工业机器人课程设计

河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日

目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一

步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势

机械运动教学设计

机械运动教学设计 机械运动教学设计 教学课题 运动的描述 授课地点 多媒体教室 授课教师 授课时间 仪器材料 多媒体播放设备、机械运动演示课件 教学目标 1．知识与技能:（1）知道什么是机械运动；（2）知道运动和静止都是相对与参照物而言的； （3）知道自然界中的机械运动类型． 2．过程与方法：通过实例分析培养学生的观察能力和初步分析问题的能力． 3．情感态度和价值观：通过教学活动，使学生具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学的道理． 教学过程 教师活动设计 学生活动设计

一、创设情景发现并提出问题： 二、总结归纳机械运动及参照物概念 组织学生观看录像1并提出问题：你怎么判断汽车、轮船、飞机等物体是运动还是静止的？ 通过观看此录像和思考教师提出的问题，使学生明 白要判断一个物体是运动还是静止，首先要选一个地面 上不动的物体作参照，看一看要研究的物体与所选的参 照物体位置是否发生变化，如果位置发生变化，说明是 运动的，反之是静止的． 组织学生观看录像2并提出问题：窗外的树木真的 向后退了吗？江两岸的青山真的向后移了吗？张开伞后 运动员真的上升了吗？以上的现象怎样解释呢？ 通过观看此录像和思考、讨论教师提出的问题，使 学生理解，当选择运动的物体为参照物时，“静止的物体”就会运动起来． 一个物体相对另一个物体位置改变，叫做机械运动，通常简称为运动．选择的另一个物体为假定不动的物体，假定不动的物体叫做参照物． 观看录像1（或动画）．画面上的内容有：公路上有停着汽车和行驶的汽车；码头上有停着的轮船和正在航 行的轮船；飞机场上有停着的飞机和正在起飞的飞机．学生：1、以公路边的树或楼房为参照物，相对于参

工业机器人球坐标型机械臂结构设计毕业设计

工业机器人球坐标型机械臂结构设计毕业论文1 绪论 1.1 课题背景 工业机器人在现代生产中应用日益广泛，作用越来越重要，工业机械臂尤为如此，因此设计实用、高效的机械臂对于机械设计者来说是义不容辞的责任，对于毕业的大学生也是一个实时、富有意义和挑战的课题。 工业机器人自20世纪60年代问世以来，其研究和开发在工业发达国家中一直备受青睐。尽管各国对机器人的定义不尽相同，但都有可编程、拟人化、通用性等特点，是一种融机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制技术等多学科为一体的高新技术产品。随着相关支撑学科的长足发展，工业机器人的研究和开发正在突飞猛进，其应用领域进一步扩大。我国机器人技术的研究工作起步较晚，虽已取得较大发展，但较之发达国家的水平仍有较大距离，应积极探索适合我国国情的工业机器人应用思路，开发低成本、高性价比的实用型工业机器人。 机器人自诞生之日起，便显示出其强大的生命力，机器人首先在工业生产中得到了广泛应用，并给传统工业带来了质的飞跃。它不仅提高了传统产业的自动化程度，提高了劳动生产率而且还推动了以资源消耗低环境污染少为特征的新型工业的诞生随着人类在机械工程、电气工程、微电子技术、计算机技术、控制论、传感技术、信息学、声学、仿生学、及人工智能等学科领域的飞速发展，机器人技术的应用也正在向农业、林业、畜牧、养殖、海洋开发、宇宙探索、国防建设、安全救济、生物医学、服务娱乐等新领域拓展开来，并已取得显著进展，机器人技术已成为高科技应用领域中的重要组成部分。 机器人主要有两大类：用于制造环境下的工业机器人和用于非制造环境下的服务机器人。工业机器人是一种对生产环境和生产条件具有较强的适应性和灵活性的柔性自动化装备，它主要用于现代制造业中代替人们从事繁重、重复单调、环境恶劣危险、人做不了或做不好的工作，从而减轻了人们的劳动强度，改善了劳动环境，并有效地

搬运机械手设计说明书

机械与装备工程学院 课程设计说明书（2016/2017学年第 1学期） 课程名称：机械设计课程设计 题目：搬运机械手的设计 专业班级：机械设计制造及其自动化学生： 学号： 130200216 指导教师： 设计周数： 2周 设计成绩： 2016年 12月 31日

第一章绪论 (1) 1.1 机械手的应用现状 (1) 1.2 机械手研究的目的、意义 (1) 1.3 设计时要解决的几个问题 (1) 第二章机械手总体方案的设计 (3) 2.1 机械手的系统工作原理及组成 (3) 2.2 机械手的基本结构及工作流程 (3) 第三章机械手的方案设计及其主要参数 (5) 3.1 坐标形式和自由度选择 (5) 3.2 执行机构 (5) 3.3 驱动系统 (6) 3.4 控制系统 (7) 第四章结构设计及优化 (8) 4.1手部夹紧气缸的设计 (8) 4.1.1手部夹紧气缸的设计 (8) 4.1.2 确定气缸直径 (9) 4.1.3 气缸作用力的计算及校核 (9) 4.1.4 缸筒壁厚的设计 (10) 4.1.5 气缸的基本组成部分及工作原理 (10) 4.2手臂结构优化设计 (10) 4.2.1问题描述 (10) 4.2.2设计分析 (10) 4.2.3建立数学模型 (12) 4.2.4优化计算 (13) 4.2.5优化结果分析 (16) 第五章 Adams运动仿真 (17) 总结与展望 (20)

机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备，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，随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。 本设计中的搬运机械手的动作由气动缸驱动，气动缸由相应的电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制。驱动执行元件完成，能十分方便的嵌入到各类工业生产线中。 本文中对机械手臂运用MATLAB算法进行优化设计，它使得优化过程变得非常简单、容易理解和掌握，从而避免编写各种复杂的运算程序，提高了设计效率。 用 ADAMS 软件建立虚拟样机进行仿真并优化参数，得出了机械手的运动过程的演示动画，发现设计结构能有机地结合在一起，工作平稳，并在指定的速度和负载等参数下得出了所需要的驱动力和结构参数等。虚拟样机代替物理样机对工程机械进行创新设计、测试和评估，可以降低设计成本，缩短开发周期，而且设计质量和效率都可以得到提高。 关键词:机械手，气动，优化设计，仿真

机械手设计汇总

第一章（ 第二章绪论 课题研究的目的及意义 随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。例如，目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。为此，我们把上下料机械手作为我们研究的课题。 工业机械手是工业物流自动化中上网重要装置之一，是当今世界新技术革命的一个重要标志。工业机械手是典型的机电一体化产品。 工业机械手的产生和推广是社会生产和发展的需要，也是现代生产和科技发展的新技术产品。工业机械手已经在工业生产、资源开发、社会服务、排险救灾以及军事技术等方面发挥着愈来愈大的应用。 工业机械手的应用和推广已经并将获得极大的效益。例如在机械制造工业、汽车工业等生产中采用电焊、弧焊、喷漆等机械手，可以大大提高劳动生产率，保证产品质量，改善劳动条件。又如在微电子、医药等生产部门，采用机械手操作，可以消除人对产品的污染、确保产品质量。 机械手可以在有毒、噪音、高温、易燃、易爆等危险有害的环境中代替人长期稳定的工作，从根本上解决了操作者的安全保障问题。因而在这方面应用和推广机器人技术是十分迫切和必要的。 近代工业机械手的原型可以从本世纪40代算起。当时适应核技术的发展需要开发了处理放射性材料的主从机械手。50年代初美国提出了“通用重复操作机器人”的方案，59年研制出第一工业机械手原型。由于历史条件和技术水平关系，在60年代机械手发展较慢。进入70年代后，焊接、喷漆机械手相继在工业中应用和推广。随着计算机技术、控制技术、人工智能的发展、机械手技术得到迅速发展，出现了更为先进的可配视觉、触觉的机器人所应用的机械手。如美国Unimation公司PUMA系列工业机器人相关的机械手，即使由直流伺服驱动、关节式结构、多cpu微机控制、采用专用语言编程的技术先进的机械手。到了80、90年代机器人及相关的机械手开始在工业上普及应用。据统计1980年全世界约有两万台机器人在工业上应用，而到今年增长更快。今年已近开发出

工业机器人球坐标型机械臂结构设计-论文正文

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

Industrial Robot Spherical Coordinates Robotic Arm Structure Design ABSTRCT In assembly robots, ball coordinates type assembly robot (namely polar type) is a kind of very extensive assembly robot. The paper presents the desion of industrial robot can be used either for practical production,and can be used in experiment teaching and scientific research.Applied to practical production.It can satisfy the assembly work content change frequent requirements,used in teaching experiments.It can make a person more intuitively understand robot mechanism composition,action principle,etc.Therefore, the development goals coordinates type of robot has extensive practical and application prospects of this topic research work,and it is in this context brought out. The paper presents the design of industrial robot ball coordinates type has the following characteristics: the mechanical arm high universality,repositioning high precision,small volume,light weight,good appearance,suitable for observation,low cost and feasible scheme for its ontology adequate argument,designed to have three degrees of freedom,the fuselage,big structure composed,planets and forearm arm,and synchronizing gear reducer cog-type belt,screw nuts etc the industrial robot mechanical arm ball coordinates type a simple and reliable transmission scheme,the robot are chosen for the three joint dc servo motor driver. KEY WORDS Industrial robot/polar type mechanical arm/ball coordinates type mechanical arm/structure design