机器人机构

机器人腕部毕业设计(机械毕业设计)

机器人技术是综合了许多学科的知识，例如计算机、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，是当今研究领域十分重视的课题，机器人在很多领域都得到广泛应用。机器人的应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志，因而受到各先进工业国家的重视，投入大量人力物力加以研究和应用。 本文的主要任务和要解决的问题，是设计一台六自由度的机器人，在已有的技术资料的基础上，通过分析，确定腕部的传动系统，然后假设腕部末端的结构，确定腕部的输出功率，然后计算出腕部所需的电机。在确定电机和传动机构的基础上，对锥齿轮和传动中所需的带轮以及同步齿形带进行设计，并且对它们进行校核，确定所设计的腕部结构能够配合机器人的其他结构进行喷漆动作。并用CAD软件完成从建模到运动学分析、应力分析的全过程。需要全面理解机械原理、机械设计、机械系统设计以及CAD制图标准等相关的知识，并考虑其可靠性、实用性、经济性等性能。 本课设在已有理论基础上，针对以往研究的不足，根据实际使用要求，确定采用六自由度的关节型机器人结构方案;由于机器人结构复杂，构件繁多，需要用高端软件配合进行建模，装配的工作，而我们现有的材料相当有限，所以本课设只是设计了机器人的腕部结构;并采用CAD绘制了其装备和零件图，并对其中某些零件的强度进行了校核，使腕部的整体结构能够满足工作的要求。 关键词:机器人腕部

1绪论 (1) 1.1机器人的组成 (2) 1.1.1驱动装置 (2) 1.1.2控制系统 (2) 1.1.3执行机构 (2) 1.2机器人分类 (4) 1.2.1按用途分类 (4) 1.2.2按控制形式分类 (4) 1.2.3按驱动方式分类 (4) 1.3腕部结构选形 (5) 1.3.1单自由度手腕 (6) 1.3.2两自由度手腕 (7) 1.3.3三自由度手腕 (8) 1.3.4装配机器人腕部结构选型 (9) 1.4机器人设计 (11) 2末端执行器 (12) 2.1夹持器 (12) 2. 2拟手指型执行器 (13) 2. 3吸式执行器 (13) 3腕部设计 (15) 3.1手腕结构的选择 (15) 3.2传动装置的运动和动力参数计算 (17) 3.2.1选择电机 (17) 3.2.2分配系统传动比和动力参数的设计 (19)

机器人运动学(培训教材)

第2章机器人位置运动学 2.1 引言 本章将研究机器人正逆运动学。当已知所有的关节变量时，可用正运动学来确定机器人末端手的位姿。如果要使机器人末端手放在特定的点上并且具有特定的姿态，可用逆运动学来计算出每一关节变量的值。首先利用矩阵建立物体、位置、姿态以及运动的表示方法，然后研究直角坐标型、圆柱坐标型以及球坐标型等不同构型机器人的正逆运动学，最后利用Denavit-Hartenberg(D-H)表示法来推导机器人所有可能构型的正逆运动学方程。 实际上，机器手型的机器人没有末端执行器，多数情况下，机器人上附有一个抓持器。根据实际应用，用户可为机器人附加不同的末端执行器。显然，末端执行器的大小和长度决定了机器人的末端位置，即如果末端执行器的长短不同，那么机器人的末端位置也不同。在这一章中，假设机器人的末端是一个平板面，如有必要可在其上附加末端执行器，以后便称该平板面为机器人的“手”或“端面”。如有必要，还可以将末端执行器的长度加到机器人的末端来确定末端执行器的位姿。 2.2 机器人机构 机器手型的机器人具有多个自由度（DOF），并有三维开环链式机构。 在具有单自由度的系统中，当变量设定为特定值时，机器人机构就完全确定了，所有其他变量也就随之而定。如图2.1所示的四杆机构，当曲柄转角设定为120°时，则连杆与摇杆的角度也就确定了。然而在一个多自由度机构中，必须独立设定所有的输入变量才能知道其余的参数。机器人就是这样的多自由度机构，必须知道每一关节变量才能知道机器人的手处在什么位置。

图2.1 具有单自由度闭环的四杆机构 如果机器人要在空间运动，那么机器人就需要具有三维的结构。虽然也可能有二维多自由度的机器人，但它们并不常见。 机器人是开环机构，它与闭环机构不同（例如四杆机构），即使设定所有的关节变量，也不能确保机器人的手准确地处于给定的位置。这是因为如果关节或连杆有丝毫的偏差，该关节之后的所有关节的位置都会改变且没有反馈。例如，在图2.2所示的四杆机构中，如果连杆AB 偏移，它将影响2O B 杆。而在开环系统中（例如机器人），由于没有反馈，之后的所有构件都会发生偏移。于是，在开环系统中，必须不断测量所有关节和连杆的参数，或者监控系统的末端，以便知道机器的运动位置。通过比较如下的两个连杆机构的向量方程，可以表示出这种差别，该向量方程表示了不同连杆之间的关系。 1122O A AB OO O B +=+ （2.1） 11O A AB BC OC ++= （2.2） 可见，如果连杆AB 偏移，连杆2O B 也会相应地移动，式（2.1）的两边随连杆的变化而 改变。而另一方面，如果机器人的连杆AB 偏移，所有的后续连杆也会移动，除非1O C 有其他方法测量，否则这种变化是未知的。 为了弥补开环机器人的这一缺陷，机器人手的位置可由类似摄像机的装置来进行不断测 量，于是机器人需借助外部手段（比如辅助手臂或激光束）来构成闭环系统。或者按照常规做法，也可通过增加机器人连杆和关节强度来减少偏移，采用这种方法将导致机器人重量重、

机器人机构学作业答案

机器人机构学作业 1.Point out the differences between the open chain robot mechanism and the closed chain robot mechanism in structure characteristics, movement characteristics and forward/inverse kinematics. 答：1）开链机器人的机构特点：各杆循序构成单链相邻连杆间通过转动副或移动副连接的开链机器人。开链机器人的自由度数等于该机器人的关节数。 运动特点：机器人的关节空间Q有机器人的变量的所有可能值构成，这也是机器人的位型空间，这是因为给定了关节转角也就给定了机器人所有连 秩，则此位型为奇异位型，机器人的在这一位型的运动不确定。 运动学正解：运动学把所有的关节变量都看作是转角，当给定彝族关节转角θ∈Q，希望确定工具坐标系相对与基础坐标系的位型。运动学正解可 开链机器人的运动学正解映射可以通过将有各关节引起的刚体运动加以 这是相邻连杆的坐标系的相对表示的开链操作器运动学正解的一般公式。用各关节的运动由位于关节轴线 的运动旋量产生。将各关节加以组合， 此式称为机器人运动学正解的支书积公式。 移动的实际循序无关。 运动学逆解：给定工具坐标系所期望的位型，找出该位型的关节转角。

获得θ∈Q。该问题可能有多解、唯一解或无解。求解运动学逆解问题时，首先要将问题细分为几个子问题。每个子问题可能无解、有一个解或多个解，这与末端执行器的给定位置有关。如果该位型超出机器人的工作空间，那么肯定无解，且至少有一个子问题无解。当位型空间处于工作空间内，且有多组关节转角对应与末端执行器的同一个位置映射，此时出现多解。如果某个子问题有多解，那么整个求解过程应考虑每个解的情况。 2）闭链机器人的机构特点：它是一种在末端执行器与机器人基座之间有两个或多个分支运动链连接的机器人。相对于开链机器人而言，闭链机器人具有刚性大和便于布置驱动装置等优点。 运动特点：对于并联机构，如果在某一位型其机构方程降秩，则在该位型机器人是运动奇异的。在这种情况下，执行器就会失去在某个方向上瞬时运动的能力。这一点与串联机构奇异位型的描叙。然而在该位型，尚不能确定机构中那些关节是主动的，那些关节是被动的。如果并联机构的关节都是主动的，则仅存在所能发生的奇异性。如果并联机器人中仅有部分关节都是主动的，这样就会导致额外的奇异性，称之为驱动奇异性。 运动学正解：可以通过令每个分支运动链所确定的末端执行器的位置相等来描叙。假设机器人的第一个分支运动链（包括末端执行器）有n1个关节，第二个分支运动链（包括末端执行器）有n2个关节，则运动学正解可 机器人关节转角之间的约束，正是由于这些约束的存在，从而仅须确定关节变量的子集就能控制末端执行器的位置，而其余关节转角的变量的取值必须满足上式。由于关节变量受到上式的限制，并联机器人的关节空间就不是简单地象开链机构那样为各关节空间的笛卡儿积。相反，它是满足上式的子集 关节数和构件数做仔细分析。 运动学逆解：并联机器人的运动学逆解问题可以通过对联基座和末端执行器的各开链机构运动学逆解的处理来解决。

关节型机器人腕部结构结构设计说明

关节型机器人腕部结构结构设计 1绪论 1.1 选题背景及其意义 本题设计的是关节型机器人腕部结构，主要是整体方案设计和手腕的结构设计及控制系统设计，此课题来源于实际生产，对于目前手工电弧焊接效率低，操作环境差，而且对操作员技术熟练成都要求高，因此采用机器人技术，实现焊接生产操作的柔性自动化，提高产品质量与劳动生产力，实现生产过程自动化， 改善劳动条件。题目要求是：动作范围：手腕回转ο150,摆动ο90,旋转ο360。各 轴最大速度要求：s /30ο。额定载荷kg 5，最大速度s m /3。2、腕部最大负荷： 5kg 。机器人是近30年发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。自古以来,人们所设想的机器人一般是一种在外形和功能上均能模拟人类智能的机器。特别是在20世纪20年代前后,捷克和美国的一些科幻作家创作了一批关于未来机器人与人类共处中可能发生的故事之类的文学作品,更使机器人在人们的思想中成为一种无所不能的“超人”。在现实生活中,一些民间工匠根据这些文学描绘,也制造出一些仿人或仿生的机器人。然而在当时的科技条件下,要使机器人具有某种特殊的“智能”而成为“超人”,显然是不可能的。美国的戴沃尔设想了一种可控制的机械手,他首先突破了对机器人的传统观点,提出机器人并不一定必须像人,但是必须能做一些人的工作。1954年,他依据这一想法设计制作了世界上第一台机器人实验装置,发表了《适用于重复作业的通用性工业机器人》一文,并获得了美国专利。戴沃尔将遥控操纵器的关节型连杆机构与数控机床的伺服轴联结在一起,预定的机械手动作一经编程输入后,机械等就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人也可以接受示教而完成各种简单任务。示教过程中操作者用手带动机械手依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列记录在数字存储器中，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下再现出那些位置序列。 1.2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势） 随着全球能源短缺、环境污染以及温室效应等问题的日益突显。寻找可持续

《机器人机构学》课

《机器人机构学》课程 一．教学内容 1． 机器人机构的组成，类型及特性参数。 2． 机器人机构研究的数学基础：齐次坐标，坐标变换，刚体运动的矩阵表示等。 3． 机器人机构运动学：末端执行器的描叙，D-H 变换矩阵，运动学正解，运动学逆解及其优化，微分运动，雅可比矩阵的建立等。 4． 机器人机构的工作空间分析。 5． 机器人机构轨迹规划：关节空间的轨迹规划和直角坐标空间的轨迹规划。 6． 机器人机构动力学：牛顿-欧拉方法，拉格朗日方程法。 二．参考书 1． 徐卫良，钱瑞明译。《机器人操作的数学导论》，机械工业出版社，1998 三．要求 1． 阅读上叙教学内容。 2． 在国内外刊物上查阅两篇与上叙内容相关的研究论文，精读后加以介绍。 3． 完成以下指定作业。 四．作业 1．简叙开链机器人机构与闭链机器人机构在机构特点，运动特点及运动正逆解方面的差异。 2． 若开链机器人的雅可比矩阵J 为方阵，其行列式∣J ∣=0的机构位姿。试分析奇异位姿的种类及对应的机构机构几何特性与运动特 性。 3． 3.运动参数关系及对应的机构位置设 T a a a a ] ,,[321=为三维矢量， ∧ a 是其对应的反对称矩阵，即 ∧ a = ???? ? 001 2 1323a a a a a a ----???? ? 。试证明 = ∧ ∧ ) +(I ) -(I 1 -αα??? ? ????? ? +--+---+-++---++2 3 2 22 1132211312 3 2 22 1321231312 322212 1) (2) (2)(21)(2)(2)(21113a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a 5.空间绕两轴线旋转至给定距离：如图所示，已知是表示1ξ、2ξ交两轴位置的单位矢量，P 、q 为表示空间两点的单位矢量 P 、1q 、2q 为表示空间三个点的矢量。现将点P 先绕轴2ξ旋转，再绕轴1ξ旋转，使得P 点的最后位置q 至1q 的距离 为1ξ，至2q 点的距离为2ξ。试求1θ和2θ及有解的条件。 7． 对于图示4种三自由度开链机器人机构，若描叙K 点线速度与关节角速度关系的雅可比矩阵的行列式值为1，试分析此时的几何 运动参数关系及对应的机构位置。 五．解题 1． 解 1）开链机器人的机构特点：各杆循序构成单链相邻连杆间通过转动副或移动副连接的开链机器人。开链机器人的自由度数等 于该机器人的关节数 运动特点：机器人的关节空间Q 有机器人的变量的所有可能值构成，这也是机器人的位型空间，这是因为给定了关 节转角也就给定了机器人所有连杆的位置。对于转动副，关节变量用转角[)πθ2,0∈i 给出，对于移动副，用轴

机器人腕部结构

1、定义:腕部是臂部和手部的连接件，起支承手部和改变手部姿态的作用。 2、手腕的自由度： ?为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的旋 转运动。这便是腕部运动的三个自由度，分别称为翻转R（Roll）、俯仰P（Pitch）和偏转Y（Yaw）。 ?并不是所有的手腕都必须具备三个自由度，而是根据实际使用的工作性能要求来确 定。 腕部坐标系手腕的偏转 手腕的仰俯手腕的回转 3、手腕的设计要求 ?结构紧凑、重量轻； ?动作灵活、平稳，定位精度高； ?强度、刚度高； ?与臂部及手部的连接部位的合理连接结构，传感器和驱动装置的合理布局及安装等。 4、手腕的分类 （1）二自由度手腕： 可以由一个R关节和一个B关节联合构成BR关节实现，或由两个B关节组成BB关节实现，但不能由两个RR关节构成二自由度手腕，因为两个R关节的功能是重复的，实际上只起到单自由度的作用。

BR手腕BB手腕 RR手腕（属于单自由度） （2）三自由度手腕： 有R关节和B关节的组合构成的三自由度手腕可以有多种型式，实现翻转、俯仰和偏转功能。 BBR手腕BRR手腕 5.按手腕的驱动方式分： ?直接驱动手腕： ?驱动源直接装在手腕上。这种直接驱动手腕的关键是能否设计和加工出尺寸 小、重量轻而驱动扭矩大、驱动性能好的驱动电机或液压马达。 ?远距离传动手腕： ?有时为了保证具有足够大的驱动力，驱动装置又不能做得足够小，同时也为 了减轻手腕的重量，采用远距离的驱动方式，可以实现三个自由度的运动。

液压直接驱动BBR手腕图例 远距离传动手腕图例 6、典型结构 （1）摆动液压缸（又称回转液压缸）： ?结构： ?由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。其中叶片7固定在转子上， 用花键将转子与驱动轴连接，用螺栓2将隔板与缸体连接。 ?工作原理： ?在密封的缸体，隔板与活动叶片之间围成两个油腔，相当油缸中的无杆腔和 有杆腔。液压力作用在活动叶片的端面上，对传动轴中心产生力矩使被驱动

AUV水下机器人运动控制系统设计方案(李思乐)

中国海洋大学工程学院 机械电子工程研究生课程考核论文 题目： AUV水下机器人运动控制系统研究报告课程名称：运动控制技术 姓名：李思乐 学号： 21100933077 院系：工程学院机电工程系 专业：机械电子工程 时间：2010-12-26 课程成绩： 任课老师：谭俊哲

AUV水下机器人运动控制系统设计 摘要：以主推加舵控制的小型自治水下机器人为研究对象，建立了水下机器人的数学模型并进行了分析。根据机器人结构的特点，对模型进行了必要的简化。设计了机器人的运动控制系统。以成功研制的无缆自治水下机器人(AUV) 为基础，对其航行控制和定位控制方法进行了较详细的分析. 同时介绍了它的推进器布置、控制系统结构、推力分配等方法。最后展示了它的运行实验结果。 关键词：水下机器人；总体设计方案；运动控制系统；电机仿真 1 引言 近年来国外水下机器人技术发展迅速，技术水平较高。其中，具有代表性的产品有：美国Video Ray 公司开发出的Scout、Explorer、Pro 等系列遥控式水下机器人，美国Seabotix公司研发的LBV-ROV 系列，英国AC-CESS 公司的AC-ROV系列。 随着海洋开发、探测的需求越来越强，水下机器人成为全世界研究的热门课题。小型自治水下机器人具有低成本、小型化、操作灵活等特点成为近年来国内外研究的热点。自治水下机器人（Autonomous Underwater Vehicles, AUV）,载体采用模块化设计思想, 可根据需要适当增减作业或传感器模块, 载体采用鱼雷状流线外形, 总长约2 m, 外径25 cm, 基本模块包括推进器模块、能源模块、电子舱模块、传感器模块以及GPS、无线电通讯模块, 基本传感器有姿态传感器、高度计、深度计和视觉传感器, 支持光纤通讯, 载体可外挂声学设备, 通过光纤系统进行遥控操作可实现其半自主作业, 也可在预编程指令下实现自主作业。系统基本模块组成设计如图1-1所示[1]。它具有开放式、模块化的体系结构和多种控制方式（自主/半自主/遥控），自带能源。这种小型水下机器人可在大范围、大深度和复杂海洋环境下进行海洋科学研究和深海资源调查，具有更广泛的应用前景。在控制系统的设计过程中充分考虑了系统的稳定性和操纵性。控制器具有足够的鲁棒性来克服建模误差，以及水动力参数变化。 图1-1 系统基本模块组成设计 2机器人物理模型 2.1 AUV 物理模型 为了研究AUV 的运动规律，确定运行过程中AUV 的位置和姿态，需要建立AUV 的动力学模型。为了便于分析，建立适合于描述AUV 运动的两种参考坐标系，即固定坐标系Eξηζ 和运动坐标系Oxyz，如图2-1 所示：包含5 个推进器，分别是艉部的2 个主推进器、艉部的1 个垂向推进器和艏部的2 个垂向推进器。左右对称于纵中

机器人行走结构

机器人行走结构的类型及特点 一、移动机器人行走机构概述 机器人行走机构按照其运动轨迹可分为固定式轨迹和无固定式轨迹两种。固定式轨迹主要用于工业机器人，它是对人类手臂动作和功能的模拟和扩展；无固定轨迹就是指具有移动功能的移动机器人，它是对人类行走功能的模拟和扩展。 移动机器人的行走结构形式主要有：车轮式移动结构；履带式移动结构；步行式移动结构。此外，还有步进式移动结构、蠕动式移动结构、混合式移动结构和蛇行式移动结构等，适合于各种特别的场合。 从移动机器人所处环境看，可以分为结构环境和非结构环境两类。 结构环境：移动环境是在轨道上（一维）和铺好的道路（二维）。在这种场合，就能利用车轮移动结构。 非结构环境：陆上二维、三维环境；海上、海中环境；空中宇宙环境等原有的自然环境。陆上建筑物的阶梯、电梯、间隙沟等。在这样的非结构环境领域，可参考自然界动物的移动机构，也可以利用人们开发履带，驱动器。例如：2足、4足、6足及多足等步行结构。 行走结构的设计对于移动机器人的工作效率有着至关重要的作用，选择适当、精巧的行走结构往往可以大大提高机器人的动作效率。这就需要我们熟悉和了解不同机器人行走结构的类型及特点。 二、三种常见的行走结构 1)车轮式移动结构 两车轮：像自行车只有两个车轮的结构。两车轮的速度、倾斜等物理量精度不高，因此进行机器人化，所需便宜、简单、可靠性高的传感器难以获得。此外，两轮车制动时以及低速运行时也极不稳定。 三轮车：三轮移动结构是车轮式机器人的基本移动结构，其结构是后轮用两轮独立驱动，前轮用小脚轮构成组合。这种结构的特点是结构组成简单，而且旋转半径可以从0到无限大，任意设定。但是他的旋转中心是在连接两驱动轴的连线上，所以旋转半径即使是0，旋转中心也与车体的中心不一致。 四轮车：四轮车的驱动结构和 运动基本上和三轮车相同。和 汽车一样，适合于高速行走， 稳定性也好。 一般情况下，车轮式行走结构 最适合平地行走，不能跨越高 度，不能爬楼梯。但现今也出 现特殊的轮式结构。 全方位移动车：在平面上移动的物 体可以实现前后、左右和自转3 个 自由度的运动.但如汽车等,可以前进、拐弯而不能横向移动就不是. 若具有完全的3 个自由

管内爬行机器人行走机构的设计

管内爬行机器人行走机构的设计 【摘要】随着管内检测爬行机器人技术的不断成熟，它在工业中的应用也越来越广，本文所设计的管内爬行机器人驱动机构，即管内步伐式行走机构，是在分析以往的轮式和履带式机器人的基础上设计的一种新型的管内爬行机器人行走机构。 【关键词】管内爬行机器人；步伐式；驱动机构 0.引言 目前工业管道系统已广泛应用于冶金、石油、化工及城市水暖供应等领域,因其工作环境非常恶劣,容易发生腐蚀、疲劳破坏或使管道内部潜在缺陷发展成破损而引起泄漏事故等，必须定期地对这些管道进行检修和维护，然而管道所处的环境往往是人力所限或人手不及,检修难度很大, 所以燃气管道管内探测是一项十分重要的实用化工程,关系到燃气的安全、合理地应用和管理。管道检测机器人（管内爬行机器人驱动机构）就是为满足该需要而产生的。 根据管内步伐式行走机器人的运动模仿人在井筒中四肢扶壁上下运动的模式，设计了机器人的行走机构，有效的解决了机器人在管道内的行走。 1.管内爬行机构总体设计 管内爬行机构主要由撑脚机构及其传动，牵引机构及传动，转向机构3部分组成：见图1所示： 该管内爬行机构的运动控制过程大致为：主、副电机不同时工作，分别控制其牵引机构和撑脚机构，并且镜面对称的两单元，其支撑脚同一时间径向所处状态相反，即前脚踩在管壁上时，后脚处在抬起状态；反之亦然。具体过程为通过副电机16带动齿轮与齿圈啮合旋转，齿圈背面的平面螺纹驱动滑杆沿滑道径向移动，从而实现支撑脚的转换。主电机1通过联轴器与丝杠连接，带动丝杠旋转，将丝杠的旋转运动转换为螺母的轴向移动，从而通过连杆机构拖动身躯和前后单元向前移动，另一部分的控制过程相同。上述动作是管内爬行机构的一个步进过程，循环执行步进过程机器人继续前进，实现管内的均匀连续行走。 2.撑脚机构及其传动 撑脚机构的作用是使管道机器人被支承在管道中心线上。其机构及传动(见图1)由电机16、小齿轮15、齿圈及平面螺纹14、滑杆13、脚靴12组成。当电机16带动小齿轮15和齿圈14旋转时,齿圈背面的平面螺纹驱动滑杆13在筒体10的径向轨道内外伸推动脚靴踩在管壁上,电机反向旋转时,滑杆内缩带动脚靴径向抬起离开管壁。脚靴三套在圆周上间隔120°布置,三套脚靴同步伸缩,其动作与车床三爪卡盘的动作类同。三套脚靴伸出踩在管壁上时,使机器人处在管道的中心线上。为了使机器人在脚靴缩回时,仍能维持在中心线上,安装4组辅助支承轮18,每组三套,在圆周上间隔120°安装,支承轮通过支承柱19、弹簧20分别与支架3和筒体10固连。当撑脚缩回时支承轮使机器人基本上维持在管道中心线上。当机器人行走过程中支承轮遇到障碍时弹簧被压缩通过障碍。 3.牵引机构及传动 牵引机构的作用是拖动机器人前进.牵引机构(见图1)由电机1、螺杆2、螺母5拨销4、拨杆7和支承杆9组成。当电机1带动螺杆转动时,螺母受拨杆的约束不能转动而沿螺杆轴向移动,固连其上的拨销4拨动拨杆7顺时针方向转动,由于脚靴12锁死在管壁上,支承杆9不能向后运动,拨杆7通过销6带动支架3及其

六轴关节机器人机械结构

六轴关节机器人机械结构 上图为常见的六轴关节机器人的机械结构,六个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮等驱动六个关节轴的旋转,注意观察一、二、三、四轴的结构，关节一至关节四的驱动电机为空心结构，关节机器人的驱动电机采用空心轴结构应该不常见，空心轴结构的电机一般较大。采用空心轴电机的优点是：机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过，无论关节轴怎么旋转，管线不会随着旋转，即使旋转，管线由于布置在旋转轴线上，所以具有最小的旋转半径。此种结构较好的解决了工业机器人的管线布局问题。对于工业机器人的机械结构设计来说，管线布局是难点之一，怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线（六个电机的驱动线、编码器线、刹车线、气管、电磁阀控制线、传感器线等），使其不受关节轴旋转的影响，是一个值得深入考虑的问题。 机器人的腕部结构常见有如下几种结构:

在这三种手腕部的结构中,以第一种(RBR型)结构应用最为广泛,它适应于各种工作场合,后两种结构应用范围相对较窄,比如说3R型的手腕结构主要应用在喷涂行业等. 关节设计: 对于国外的工业机器人主要制造国家来说,六轴关节机器人的研发设计及制造已经有好几十年的历史了,整个工业机器人的研发制造体系较为完善,他们的技术相对来说比较成熟,他们在相互竞争中可以相互模仿、改善、不断推陈出新,他们的技术对于国内来说,近乎完美.而国内目前这个行业还处在黎明前的黑暗阶段,虽然有不少公司有这个研发意图,或者正在研发途中,不管怎么说,浮出水面公布自己正在研发或者研发成功的公司应该说是极少数,即使宣布自己研发成功,也只是初步试验成功,真正产业化、商品化还有一段相当漫长的路要走.而更多的公司还停留在项目立项、技术评估、投入风险分析的阶段.由于国内做这个行业的很少,相关的结构也没有什么可参考的,技术储备不足,少数的单位或个人有机会能够拆拆别人的机器,拆个一知半解,更多的人只能在旁边看看了(比如说我,想拆都没机会^_^),还好了,网络资源丰富,今搜集到不少机械结构方面的图片,分享给大家参考,希望咱们做机械设计的(我应该也算是个机械工程师啊^_^毕竟我也是做机械的)少走点弯路,做出更好的机器. 六轴关节机器人的腕部关节设计较为复杂,因为在腕部同时集成了三种运动.小型的六轴关节机器人的腕部关节主要采用谐波减速器.下面的图片较为详细的描述了常见的六轴关节机器人的腕部结构.

行走机器人运动系统的设计-开题报告

毕业设计（论文）开题报告 1 选题背景及其意义 行走机器人的技术研究是我国目前的热点，它综合了电子学、机械、自动控制、计算机软硬件、传感器、生物机械学、材料科学、模具、精密加工等多门学科。行走机器人的研究无疑对促进科技的发展和人类的进程有重大的现实意义，是当今科技的一种必然趋势，为机电产品的研究提供一种新的途径。特别是行走机器人技术的发展往往代表一个国家的科技实力和机电一体化的最新产品。 行走机器人是机器人学中的一个重要分支。关于行走机器人的研究涉及许多方面，首先，要考虑移动方式，可以是轮式的、履带式的和腿式的等；其次，必须考虑驱动器的控制，以使机器人达到期望的行为；第三，必须考虑导航或路径规划。因此，行走机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。机器人的机械结构形式的选型和设计，应该根据实际需要进行。在机器人机构方面，应当结合机器人在各个领域及各种场合的应用，开展丰富而富有创造性的工作。对于行走机器人，研究能适应地上、地下、水中、空中、宇宙等作业环境的各种移动机构。当前，对足式步行机器人、履带式和特种机器人研究较多，但大多数仍处于实验阶段，而轮式移动机器人由于其控制简单，运动稳定和能源利用率高等特点，正在向实用化迅速发展，从阿波罗登月计划中的月球车到美国最近推出的NASA 行星漫游计划中的六轮采样车，从西方各国正在加紧研制的战场巡逻机器人、侦察车到新近研制的管道清洗检测机器人，都有力地显示出行走机器人正在以其使用价值和广阔的应用前景而成为智能机器人发展的方向之一。因此这也是研究机器人的重要意义。 2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势） 2.1国内多足步行机器人的研究成果 1991年,上海交通大学马培荪等研制出JTUWM[1]系列四足步行机器人。JTUWM-III是模仿马等四足哺乳动物的腿外形制成,每条腿有3个自由度,由直流伺服电机分别驱动。在进行步态研究的基础上,通过对3个自由度的协调控制,可完成单腿在空间的移动。该机器人采用计算机模拟电路两级分布式控制系统, JTUWM-III以对角步态行走,脚底装有PVDF测力传感器,利用人工神经网络和模糊算法相结合,采用力和位置混合控制,实现了四足步行机器人JTUWM-III的慢速动态行走,极限步速为1.7 km/h[2]。为了提高步行速度,将弹性步行机构应用于该四足步行机器人,产生缓冲和储能效果[3]。 2000年,上海交通大学马培荪等对第一代形状记忆合金SMA驱动的微型六足机器人

第十三章 工业机器人机构学

第十三章工业机器人机构学 提要 介绍了工业机器人的组成原理、分类与工作性能特点。 研究了坐标变换与空间物体的位姿与位移的齐次坐标表达;研究了已知各个关节的相对运动时,如何确定工业机器人末端操作器的位姿；研究了已知目标对象的位姿时,如何确定工业机器人各个关节的相对运动量。 １3．1 概述 工业机器人是用来搬运材料、零件与工具,进行焊接与喷涂的可再编程的多功能机械手，通过调用不同的程序来完成预设的多种工作任务。

1３.2 工业机器人的组成 工业机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个系统是驱动系统、机构与结构系统、感觉系统、机器人与环境交互系统、人机交互系统和控制系统。 １.机器人的机构与结构系统 工业机器人的机械部分由三部分组成,即机身、手臂和末端操作器。机身可以是固定的,也可以是移动的。手臂进一步划分为上臂和下臂,上臂与机身形成肩关节，上臂与下臂形成肘关节,下臂与末端操作器形成碗关节，如图1３.3所示。

2. 机器人手部的机构与结构系统 1) 具有一个相对自由度的末端操作器 2) 具有多个自由度的末端操作器

1３．3工业机器人的分类与性能 1）直角坐标型 直角坐标型操作机如图1３．6所示，它有三个移动关节(PPP),可使末端操作器作三个方向的独立位移。 该种型式的工业机器人，定位精度较高,空间轨迹规划与求解相对较容易，计算机控制相对较简单。它的不足是空间尺寸较大，运动的灵活性相对较差，运动的速度相对较低。

２)圆柱坐标型 圆柱坐标型操作机如图１３.７所示,它有两个移动关节和一个转动关节(PPＲ)，末端操作器的安装轴线之位姿由(z，r,θ)坐标予以表示。该种型式的工业机器人，空间尺寸较小,工作范围较大，末端操作器可获得较高的运动速度。它的缺点是末端操作器离z轴愈远,其切向线位移的分辨精度就愈低。 3) 球坐标型 球坐标型操作机如图1３.８所示,它有两个转动关节和一个移动关节(RＲP),末端操作器的安装轴线之位姿由(θ,φ, r)坐标予以表示。该种型式的工业机器人,空间尺寸较小,工作范围较大。

机器人腕部结构设计说明书

摘要 为了提高生产效率，满足一些特定的工作要求，本题设计的关节型机器人的手腕用于焊接、喷漆等方面。通过合理的设计计算，拟定了手腕的传动路径，选用直流电动机，合理布置了电机、轴和齿轮，设计了齿轮和轴的结构，实现了摆腕、转腕和提腕的三个自由度的要求。设计中大多采用了标准件和常用件，降低了设计和制造成本。 关键词：自由度，关节型机器人，手腕 ABSRACT In order to improve production efficiency and meet some of the specific requirements, design of ontology of robot wrist joints used for welding, paint, etc. Through the reasonable design calculation, the transmission path, choose the wrist, reasonable decorate a dc motor, gear axle and gear axle, design and realization of the structure, the pendulum wrist, turn the wrist and wrist three degrees of freedom. In the design of the standard and common people, the design and manufacturing cost. Keywords:freedom, Joint robot, The wrist

机器人腕部结构

1、定义:腕部就是臂部与手部的连接件,起支承手部与改变手部姿态的作用。 2、手腕的自由度: ?为了使手部能处于空间任意方向,要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的旋 转运动。这便就是腕部运动的三个自由度,分别称为翻转R(Roll)、俯仰P(Pitch)与偏转Y(Yaw)。 ?并不就是所有的手腕都必须具备三个自由度,而就是根据实际使用的工作性能要求 来确定。 腕部坐标系手腕的偏转 手腕的仰俯手腕的回转 3、手腕的设计要求 ?结构紧凑、重量轻; ?动作灵活、平稳,定位精度高; ?强度、刚度高; ?与臂部及手部的连接部位的合理连接结构,传感器与驱动装置的合理布局及安装等。 4、手腕的分类 (1)二自由度手腕: 可以由一个R关节与一个B关节联合构成BR关节实现,或由两个B关节组成BB关节实现,但不能由两个RR关节构成二自由度手腕,因为两个R关节的功能就是重复的,实际上只起到单自由度的作用。

BR手腕BB手腕 RR手腕(属于单自由度) (2)三自由度手腕: 有R关节与B关节的组合构成的三自由度手腕可以有多种型式,实现翻转、俯仰与偏转功能。 BBR手腕BRR手腕 5、按手腕的驱动方式分: ?直接驱动手腕: ?驱动源直接装在手腕上。这种直接驱动手腕的关键就是能否设计与加工出尺 寸小、重量轻而驱动扭矩大、驱动性能好的驱动电机或液压马达。 ?远距离传动手腕: ?有时为了保证具有足够大的驱动力,驱动装置又不能做得足够小,同时也为了 减轻手腕的重量,采用远距离的驱动方式,可以实现三个自由度的运动。

液压直接驱动BBR手腕图例 远距离传动手腕图例 6、典型结构 (1)摆动液压缸(又称回转液压缸): ?结构: ?由缸体、隔板、叶片、花键套等主要部件构成。其中叶片7固定在转子上, 用花键将转子与驱动轴连接,用螺栓2将隔板与缸体连接。 ?工作原理: ?在密封的缸体内,隔板与活动叶片之间围成两个油腔,相当油缸中的无杆腔与 有杆腔。液压力作用在活动叶片的端面上,对传动轴中心产生力矩使被驱动

乐高机器人直线行走

乐高机器人直线行走Newly compiled on November 23, 2020

简单的差速驱动装置 双差速驱动装置 制动转向装置 转向装置 三轮装置 同步驱动装置 其它结构 简介 灵活的思维造就出了许许多多的机器人，运动使创造物获得了生命，带来无限的乐趣，同时也对自己的创造力进行了挑战。大多数运动机器人都属于轮子型与腿型机器人。虽然轮子在光滑的表面很有效，但是在凹凸不平的地面上运动，腿提供了更有力的方式。 本章将概述最常用的轮型机器人结构，讨论它们的优缺点。请记住，在下面章节中介绍的底盘结构是为了突出显示它们的传动系统和连接情况，因此，在实际搭建中还需对此结构加固。 简单的差动装置 如果你根据LEGO Constructopedia中的描述已搭建出了一些模型，或者整合了第五章介绍的一些测试结构，那么你对差速装置的结构已经熟悉了。机器人具有很多优点（尤其具有简单性），至少在乐高的可移动机器人中常用到此结构。 差动装置由机器人两边两个平行的驱动轮构成，单独提供动力，另外有一个或多个轮脚（万向轮）用于支撑重量并不是没有作用（图）。注意我们称这个装置为差动装置是因为机器人的运动矢量是由两个独立部件产生的（它与差速齿轮没有关系，此装置上没有使用差速齿轮）。 当两个驱动轮以相同方向、相同速度转动时，机器人作直线运动。如果两个轮子转动速度相同，但方向相反时，机器人会绕着连接两轮线段的中心点旋转。根据轮子不同的转向，表列出了机器人的不同运动状态。 图简单差动装置 表轮子不同的旋转方向产生不同的运动状态

组合不同方向和速度，机器人可以做任意半径的旋转。因为它的灵活性、及原地旋转的功能成为许多工程的教学器具。另外，由于它很容易实现，所以乐高有一半以上的运动机器人属于此结构。 假如你想跟踪机器人的位置，那差动装置又是比较好的选择，仅仅需要简单的数学知识。（我们将在本书以后的章节中讨论） 这种结构只有一种弊端：它不能保证机器人笔直的运动，因为两个马达的功效总有差别，一个轮子会比另外一个轮子转动的快一点，因此使得机器人略微偏左或偏右。在某些应用中这中情况不会有问题，可以通过编程来避免，比如使机器人沿线走或在迷宫中寻找路线行走，但是让机器人在空地上走直线恐怕不行。 直线运动 使用简单差动装置有许多方法可以保持直线行走，最简便的方式是选择两个速度相近的马达。如果你有两个以上的马达，尽量找两个速度最匹配的马达，这种方式也不能确保机器人走直线，但至少能减小走偏的情况。 另一种简单的方法是通过软件调整速度。在第3章介绍过程序能控制每个马达的速度，在程序中选择最有效的能量等级直到合适为止，这种方法的问题在于机器人负载发生变化，两马达速度需重新调整。 使用传感器让机器人直线运动 让机器人直线运动的一种更有效果的方法是在系统中加入反馈装置。从而，根据外界的变化，使用传感器来控制和调整每一个马达的速度，这也是现实生活中大多数差动装置所具有的的结构。可以为每一个驱动轮附加计转器（测量轮子旋转次数）装置，以便在软件中控制马达功补偿两轮间的转速差。乐高角度传感器在此应用中可以作为首选。在每一个轮子上安装一个角度传感器并测量计数的差别，然后停止或降低较快的轮子以保持两个传感器的计数相同。同时还可以使用在第四章中介绍的方法。使用同样的传感器来探测障碍物，如果马达启动但轮子不转，可推断机器人被某物卡住了。另外你也可使用角度传感器实现精确角度定位。最后，角度传感器提供了最基本功能：使用odometry技术让机器人计算出自己的位置，对此我们在13章中作详细介绍。 使用齿轮让机器人直线运动 如果你只有一个角度传感器，可以使用驱动轮之间的速度差取代轮子的实际转速，回忆第四章中差速齿轮，你能使用它加或减。如果差动齿轮与驱动齿轮连在一起，它会把传动方式传递给另一个齿轮。当轮子以同速转动时差动齿轮将停止转动。 假如两轮的速度有任何的差别，差动齿轮的转动和它的方向将告知你哪一个轮子转速快。如图所示的结构，即使你没有角度传感器，也建议你搭建这种结构，因为此结构具有指导作用。我们省略了马达和其

机器人的运动控制

2.4 手臂的控制 2.4.1 运动控制 对于机器人手臂的运动来说，人们通常关注末端的运动，而末端运动乃是由各个关节的运动合成实现的。因而必须考虑手臂末端的位置、姿态与各个关节位移之间的关系。此外，手臂运动，不仅仅涉及末端从某个位置向另外一个位置的移动，有时也希望它能沿着特定的空间路径进行移动。为此，不仅要考虑手臂末端的位置，而且还必须顾及它的速度和加速度。若再进一步从控制的观点来看，机器人手臂是一个复杂的多变量非线性系统，各关节之间存在耦合，为了完成高精度运动，必须对相互的影响进行补偿。 1. 关节伺服和作业坐标伺服 现在来研究n 个自由度的手臂，设关节位移以n 维向量12(,,,)T n n q q q q =∈?L 表示，i q 是第i 个关节的位移，刚性臂的关节位移和末端位置、姿态之间的关系以下式给出： ()r r f q = （1） m r ∈?是某作业坐标系表示的m 维末端向量，当它表示三维空间的位置姿态时，m=6。如式（1）所示，对刚性臂来说，由于各关节的位移完全决定了手臂末端的位置姿态，故如欲控制手臂运动，只要控制各关节的运动即可。 设刚性臂的运动方程式如下所示： ()(,)()M q q h q q q g q τ=++Γ+&&&& （2） 式中，()n n M q ?∈?为手臂的惯性矩阵；(,)n h q q ∈?&为表示离心力和哥氏力的向量，n n ?Γ∈?为粘性摩擦系数矩阵；()n g q ∈?为表示重力项的向量；1(,,)T n n τττ=∈?L 为关节驱动力向量。 机器人手臂的驱动装置是一个为了跟踪目标值对手臂当前运动状态进行反馈构成的伺服系统。无论何种伺服系统结构，控制装置的功能都是检测各关节的

行走机器人运动结构特性分析

第19卷第3期湖　北　工　学　院　学　报2004年6月 V ol.19N o.3　Journal of H ubei Polytechnic U niversity Jun.2004 [收稿日期]2004-03-01 [作者简介]段成龙(1980-),男,湖北武汉人,中国地质大学(武汉)硕士研究生,研究方向:机械设计及理论. [文章编号]1003-4684(2004)0620017202 行走机器人运动结构特性分析 段成龙,张　萌 (中国地质大学机械与电子工程学院,湖北武汉430074) [摘　要]介绍了行走机器人的发展、分类、结构和运动特性,并详细叙述了几种典型的机器人行走机构和特 点,最后介绍采用U G 设计软件对机器人结构设计的模拟仿真.[关键词]机器人;行走机构;仿真[中图分类号]TP24[文献标识码]:A 行走机器人是机器人学中的一个重要分支.关于行走机器人的研究涉及许多方面,首先,要考虑移动方式,可以是轮式的、履带式的和腿式的等.其次,必须考虑驱动器的控制,以使机器人达到期望的行为.第三,必须考虑导航或路径规划.因此,行走机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统. 1　行走机器人的结构设计技术发展现 状 机器人的机械结构形式的选型和设计,应该根据实际需要进行.在机器人机构方面,应当结合机器人在各个领域及各种场合的应用,开展丰富而富有创造性的工作.对于行走机器人,研究能适应地上、地下、水中、空中、宇宙等作业环境的各种移动机构. 当前,对足式步行机器人、履带式和特种机器人研究较多,但大多数仍处于实验阶段,而轮式移动机器人由于其控制简单,运动稳定和能源利用率高等特点,正在向实用化迅速发展,从阿波罗登月计划中的月球车到美国最近推出的NASA 行星漫游计划中的六轮采样车,从西方各国正在加紧研制的战场巡逻机器人、侦察车到新近研制的管道清洗检测机器人,都有力地显示出行走机器人正在以其使用价值和广阔的应用前景而成为智能机器人发展的方向之一. 2　几种行走机器人行走机构特点 2.1　轮式行走机器人 轮式行走机器人是机器人中应用最多的一种机 器人,滚轮由电机直接驱动,它一般是将具有独立驱动装置、换向装置和制动装置的滚轮安装在由电机驱动的腿结构的末端,这些机构和装置在增强了行走机器人可操作性能的同时,也增加了机器人的重量,一定程度上限制了其机动性能.图1所示机器人是一种特殊的轮式机器人从动轮式机器人 . 从动轮式机器人作为特殊的轮式机器人,其滚轮是作为从动轮,滚轮上无任何附加主动力,通过水平连杆、垂直连杆和滚轮的协调动作,利用滚轮受到的法向摩擦力远大于切向力的特点,可以使系统受到的摩擦力合力指向前方,产生机器人驱动力,驱动机器人运动.从动轮式机器人可实现多种运动姿态,其功能相当于万向轮式行走机器人,具有较大的灵活性[1]. 该机器人是由四个装有滚轮的机械腿和机器人本体构成.每个腿有水平连杆和垂直连杆构成,四个腿协调运动.每个机械腿分别有两个直流控制电机驱动.第一个电机控制水平连杆的前后摆动,另一个电机控制垂直连杆内外摆动.根据运动形式,确定四个腿的水平连杆的初始摆角,通过四个腿上的水平连杆和垂直连杆的协调动作,可以调节机器人所受合力的大小和方向,使机器人按要求的路径滑行.