工业机器人的工作空间绘制方法
工业机器人的工作空间规划教程
工业机器人的工作空间规划教程工业机器人在现代制造业中扮演着重要的角色，它们能够提高生产效率、提升产品质量，甚至还能处理一些危险或重复性工作。
然而，为了确保机器人在工作中能够安全高效地操作，工作空间的规划是至关重要的。
本文将介绍工业机器人的工作空间规划教程，以帮助您合理规划机器人的工作环境。
一、确定机器人的工作区域首先，需要确定机器人的工作区域。
工作区域要足够大，以容纳机器人的移动和操作，并确保不会与其他设备或人员发生碰撞。
确定机器人的工作区域时，需要考虑以下因素：1. 机器人的运动范围：根据机器人的尺寸和工作任务，确定机器人需要的运动范围。
机器人通常具有可编程的轨迹和工作空间，可以根据具体需求进行调整。
2. 安全间距：要确保机器人的运动不会造成危险，应在机器人工作区域周围预留一定的安全间距，以防止碰撞事故的发生。
3. 操作人员的工作区域：机器人工作区域应与操作人员的工作区域相分离，并设置明确的安全标识。
尽量将操作人员与机器人的工作区域隔离开，以减少事故的发生。
二、安全措施的考虑在工业机器人的工作空间规划中，安全措施是必不可少的一部分。
以下是一些常见的安全措施：1. 安全围栏：对于高风险的工作环境，可以设置安全围栏来限制机器人的行动范围。
安全围栏应该具有足够的强度和稳定性，以保护工作人员免受机器人的伤害。
2. 机器人的安全装置：机器人通常配备有安全装置，如机器人手臂上的碰撞传感器或视觉传感器。
这些安全装置可以监测周围环境，并在检测到障碍物或人员时停止机器人的运动。
3. 安全标识和警示灯：在机器人的工作区域周围设置明显的安全标识和警示灯，以提醒工作人员注意机器人的运动和操作。
4. 培训和教育：在规划工业机器人的工作空间时，操作人员的培训和教育也是重要的。
他们应该了解与机器人操作相关的安全规范和标准，并掌握正确的操作方法。
三、考虑机器人与其他设备的协调在工业生产线上，机器人往往需要与其他设备和机械装置进行协调工作。
SOLIDWORKS工业机器人数字化建模教程 简介
的教程、视频等。
一、启动软件与界面介绍
方法二：单击菜单【文件】→【新建】，弹出【新 建】对话框。 方法三：单击【标准】工具栏的【新建】按钮
按住鼠标左键，拖动该按钮到要放置的工具栏上，然后松开鼠标左键
单击对话框中的【确定】按钮
二、工作环境与单位设置
3. 设置单位
1、系统默认的单位为： MMGS (毫米、克、秒)
2、设置单位的操作步骤：
图7 【文档属性】属性管理器的【单位】选项卡
【工具】→ 【选项】命令→ 【系统选项】对话框→ 【文档属性】选项卡→ 选择【单位】选项→ 选择【单位系统】为“MMGS”；在【小数】一栏中设置小数位数→ 【确定】
SOLIDWORKS工业机器人数字化建模教程
SOLIDWORK简介
一、启动软件与界面介绍
• 启动SOLIDWORKS2020
方法一
双击启动SOLIDWORKS图标
方法二
2、选择 【开始】→【所有程序】→ 【SOLIDWORKS2020】→【SOLIDWORKS2020】。
一、启动软件与界面介绍
一、启动软件与界面介绍
新建对话框如图所示
一、启动软件与界面介绍
• 2.新建文件
文件类型
零件 装配体
工程图
图2 【新建】对话框
一、启动软件与界面介绍
• 选择新建零件，进入【零件】工作环境，主要的 功能区域如图所示
二、工作环境与单位设置
1. 设置工具栏
设置工具 栏方法
图4 【工具栏】快捷菜单
智能制造中的工业机器人路径规划算法
智能制造中的工业机器人路径规划算法智能制造技术的快速发展已经深刻地改变了传统制造业的格局。
其中，工业机器人作为智能制造的重要组成部分，已经成为现代工厂中不可或缺的设备。
而在工业机器人的运行过程中，路径规划算法的优化对提高生产效率和质量至关重要。
工业机器人路径规划算法的目标是确定机器人在执行特定任务时的最佳路径，以实现高效、准确、安全的运动。
路径规划算法需要考虑到机器人的动作限制、环境障碍物及约束条件等因素，并在此基础上寻找出最优的运动路径。
下面将详细介绍工业机器人路径规划算法的几种常见方法。
1. 规划图法（Graph-based Approaches）规划图法是工业机器人路径规划中最常见的方法之一。
它将工作空间分割成一系列小区域，将机器人的运动状态表示为图的形式。
常用的规划图法有网格法（Grid-based）、可视图法（Visibility-based）等。
网格法将工作空间划分为规则网格，并利用图搜索算法寻找最短路径。
可视图法则通过将工作空间映射为一个具有节点和边的图，从而简化路径规划问题。
2. 最短路径搜索算法（Shortest Path Search）最短路径搜索算法是一类广泛应用于工业机器人路径规划中的算法，其中最著名的是A*算法和Dijkstra算法。
这些算法通过确定机器人运动的最佳路径来优化机器人的移动效率。
它们基于图的搜索算法，通过评估每个路径的代价函数，找到最短路径。
代价函数可以包括路径长度、风险因素、时间等。
3. 启发式搜索算法（Heuristic Search）启发式搜索算法是一种经典的路径规划算法，目的是通过启发式函数（heuristic function）来指导搜索过程，以快速找到最优解。
其中，A*算法是一种常见的基于启发式搜索的路径规划算法。
该算法通过启发式函数估算每个节点的价值，并根据这些价值来优先搜索最有潜力的路径。
4. 遗传算法（Genetic Algorithm）遗传算法是一种模拟自然选择和遗传机制的优化搜索算法。
工业机器人系统三维建模：项目二工业机器人二维草图设计
工业机器人系统三维建模：项目二工业机器人二维草图设计xx年xx月xx日CATALOGUE目录•项目背景•工业机器人二维草图设计基础•二维草图设计在具体工业机器人中的应用•二维草图设计的实践与优化•结论01项目背景工业机器人已在汽车制造、电子设备制造、物流运输、医疗康复等领域得到广泛应用。
随着人工智能和自动化技术的不断发展，工业机器人在制造领域的发展前景十分广阔。
工业机器人的应用和发展二维草图设计是工业机器人系统设计的重要环节之一，它为后续的三维建模提供了基础框架。
二维草图设计能够把抽象的想法转化为具体的图形，方便设计人员进行沟通和交流。
二维草图设计在工业机器人系统中的应用1目的和意义23通过本次项目实践，旨在提高学生的实践能力和创新意识，加深对工业机器人系统的认识和理解。
通过研究和探索二维草图设计在工业机器人系统中的应用，推动工业机器人技术的发展和创新。
本次项目实践还能够培养学生团队协作和沟通能力，提高学生对工程项目的整体把握能力。
02工业机器人二维草图设计基础二维草图的基本要素线条是二维草图的基本构成元素，包括直线、曲线和折线。
线条几何图形标注文字说明常用的几何图形包括矩形、圆形、椭圆形、三角形等。
标注用于说明草图中的对象及其之间的关系。
文字说明可以补充标注无法表达的内容。
03系统性和完整性二维草图应该从整体到局部进行设计，确保各个组成部分之间的协调性和完整性。
设计原则和方法01清晰明了二维草图应该结构清晰，条理分明，简洁明了，易于理解和交流。
02准确性和精确性二维草图应该准确地表达设计意图，精确地描述机器人的形状和尺寸。
二维草图设计的步骤收集和分析资料收集和分析有关机器人系统的资料，包括技术参数、功能需求、使用环境等。
确定设计任务和目的明确设计任务和目的，了解设计要求和限制。
设计整体方案根据收集的资料，设计出机器人系统的整体方案，包括机械结构、控制系统、传感器等组成部分。
检查和修改检查二维草图的正确性和完整性，根据需要进行修改和完善。
工业机器人设计(含全套CAD图纸)
工业机器人设计（含全套CAD图纸）工业机器人设计摘要在生产过程工业机械手是模拟人手动作的机械设备，它可以替代人工搬运重物或单调，在高粉尘，高温，有毒，易燃，放射性和其他相对较差的工作环境。
机器人可用于在生产过程中的自动化抓住并移动工件自动化设备，它是在生产过程的机械化和自动化，开发出一种新的类型的设备。
近年来，随着电子技术，特别是计算机的广泛使用机器人的开发和生产的高科技领域已成为迅速发展起来的一项新兴技术，它更促进机器人的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手能够代替人类完成危险、减轻人类劳动强度、重复枯燥的工作，提高劳动生产力。
本设计是关于三自由度的圆柱形机械手。
利用Auto CAD软件对制件进行设计绘图。
其包括夹持器、小臂、大臂和底座。
明确合理的设计思路，确定了机械手工作原理并对然夹持器、气缸、步进电机、轴承进行了校核计算并附带了简图并对零件的质量、重心、惯性主轴和惯性力矩进行辅助设计计算，可以大大减轻在设计过程中繁琐计算及校核步骤。
关键字:机械手，气缸，校核。
IIIAbstractIndustrial manipulator is the mechanical equipment which is used in the production process and simulate to the behave of hands withelectrical integration. It can carry heavy objects and work in the harsh environment which is high temperature, poisonous ,full of dust,flammable and combustible monotonous and full of radioactive substance instead of people. Manipulator is a automatic device which is used in the automatic production process and it can carry and move things. It is a new device which is developed in the mechanization and automatic production process. In recent years , with the widely used of electronic technique especially the electronic computer. The research and production of robot has became a new technology which is developing rapidly in the high-tech industry . It promotes the development of manipulator. It makes the combination of the manipulator with mechanization and automation become easier . Manipulator can complete the dangerous and boring work instead of people. It can reduce labour intensity of people and raise the labour productivity .This design is a cylindrical manipulator which is related to delta degrees of freedom. It designs and draws the picture with Auto cad software ,it includes holder, a small arm, the big arm and the base. The clear and reasonable thinking determines the working principle of the manipulator . This also checks and calculates the holder, cylinder, stepper motor and bearing. Apart from this , it contains some pictures and design and measure the quality , barycentre principal axis ofinertia and force of parts. It can greatly reduce the complicated calculation and check in the design process.Keywords: robot, cylinder, checkingIV目录摘要 (III)ABSTRACT ............................................................... .... IV 目录 ..................................................................... ... V 1 绪论 ......................................................................1 1.1 本课题研究的内容和意义 ................................................. 1 1.2 国内外发展概况 ......................................................... 1 1.3 工业机械手设计内容 (2)1.4 机械手设计的作用 ....................................................... 2 1.5 工业机械手的分类和组成 ................................................. 2 2手部的设计 (5)2.1 机械手设计参数和运动方案 (5)2.1.1 运动方案 (5)2.1.2 驱动系统和位置检测装置的选择: ..................................... 5 2.2 手部设计的结构和计算 (6)2.2.1 机械手的基本要求 ................................................... 6 2.3 手部力的计算 .. (7)2.3.1 夹紧力的计算 (7)2.3.2 手爪驱动气缸的设计 (8)2.3.3 手部误差的分析 .................................................... 10 3 机械手臂的设计 ........................................................... 12 3.1 机械小臂设计 ..........................................................123.1.1 小臂驱动力的计算 (12)3.1.2 小臂驱动气缸的设计 (13),3.1.3 气缸筒壁厚的计算 (14)3.1.4 气缸的选用 (14)3.1.5 校核活塞的稳定性 (14)3.1.6 小臂刚度校核 (15)3.1.7 端盖的连接方式及强度计算 .......................................... 15 3.2 大臂的结构设计 (16)3.2.1 大臂的结构和要求 (16)3.2.2 驱动力的计算 (17)3.2.3 大臂驱动气缸的设计 (17)3.2.4 气缸的选择 (18)3.2.5 校核活塞的稳定性 (18)大臂刚度校核 .......................................................18 3.2.64 驱动系统设计 ............................................................. 20 4.1 轴承的设计 ............................................................204.1.1 轴承的选择 (20)轴承的计算: .......................................................20 4.1.24.1.3 轴承的寿命校核: (21)电机的基本情况和选择 .................................................. 22 4.24.2.1 电机的选则与计算 (22)4.2.2 注意事项 (23)4.2.3 工作原理 (23)4.2.4 步进电机的特点 ..................................................... 24 4.3 谐波减速器 (24)4.3.1 谐波减速器的简介 (24)4.3.2 谐波减速器的设计 ................................................... 25 4.4 腰座的结构 ............................................................ 26 5 总结 (27)致谢 ....................................................................28 参考文献 ...................................................................29 附录 .....................................................................30VI工业机器人设计1 绪论1.1 本课题研究的内容和意义机械工业是国民的基本部分。
CAD快速绘制工业设备三维模型的方法
CAD快速绘制工业设备三维模型的方法CAD（计算机辅助设计）是一种以计算机技术为基础的快速绘图方法，对于工业设备三维模型绘制来说非常有用。
下面将介绍几种CAD快速绘制工业设备三维模型的方法。
1.构建基本几何体：通过基本几何体（例如立方体、圆柱体、球体等）来构建工业设备的基本结构。
首先，根据实际设备的尺寸，在CAD软件中创建一个基本几何体。
然后，根据设备的形状和特征，对不同结构体的几何形状进行修改和调整。
通过将基本几何体组合在一起，可以快速创建一个简单的工业设备模型。
2.使用CAD库和模型：许多CAD软件都提供了一个内置的模型库，其中包含了各种预先构建好的工业设备模型。
通过使用这些库中的模型，可以节省大量的绘图时间。
在CAD软件中，用户可以浏览和选择适合自己需求的模型，然后将其插入到绘图场景中，并进行必要的修改和调整。
3.利用复制和阵列功能：CAD软件通常具有复制和阵列功能，可以快速复制和排列复杂的几何结构。
当需要绘制重复的部件或者有规律的结构时，可以使用这些功能来提高绘图效率。
通过设置合适的复制方式和参数，可以快速生成复杂的工业设备模型。
4.使用CAD快捷键和命令：熟练掌握CAD软件的快捷键和命令，可以大大提高绘图效率。
许多CAD软件都提供了一些常用的快捷键和命令，可以快速进行绘图操作。
对于经常使用的命令，可以设置自定义的快捷键，进一步简化操作步骤。
5.使用CAD插件和脚本：许多CAD软件支持插件和脚本功能，可以通过安装适用于工业设备设计的插件，或者编写自定义的脚本来提高模型绘制效率。
这些插件和脚本可以提供更强大的功能和工具，用于快速创建和修改工业设备模型。
综上所述，CAD是一种快速绘图方法，可以用于快速绘制工业设备的三维模型。
通过构建基本几何体、使用CAD库和模型、利用复制和阵列功能、使用CAD快捷键和命令、使用CAD插件和脚本、借助CAD模型库网站等方法，可以提高绘图效率，快速创建复杂的工业设备模型。
SOLIDWORKS工业机器人数字化建模教程 项目一 轨迹练习夹具的数字化设计
单击垂直边线，弹出【修改】对话 框，输入数值400；同样的方法标注 水平方向边线为300
操作：
பைடு நூலகம்
任务一 基本体的生成
项目要求
项目实施
二、绘制中心线和矩形
4、完全定义草图： 草图中的几何图形常见的有三种状态，默认状态下，SOLIDWORKS系统分别以黄、蓝、黑三 种不同的颜色显示以便于识别。
草图几何体状态：
绘制草图中心线和矩形
操作：
任务一 基本体的生成
项目要求
项目实施
二、绘制中心线和矩形
3、标注尺寸的方法如下：
方法一:菜单栏【工具】→【尺 寸】→【智能尺寸】
方法二：单击【草图】选项卡的 【智能尺寸】按钮右侧下三角按钮， 在弹出的下拉列表中选择
方法三：单击【草图】工具栏 【智能尺寸】按钮右侧下三角按钮， 在弹出的下拉列表中选择
（1）欠定义（不确定的定义状态）。蓝 （2）完全定义（草图具有完整的信息）。黑 （3）过定义（草图具有重复的尺寸或互相冲突的约束）。黄 （4）没有找到解（系统无法依据草图元素的尺寸或约束得到合理的解）。蓝 （5）悬空（找不到原来的参考）。蓝
任务一 基本体的生成
项目要求
项目实施
二、绘制中心线和矩形
欠定义和过定义：
任务一 基本体的生成
项目要求
项目实施
二、绘制中心线和矩形
操作
竖直方向两条边和中心线的对称关 系；底边和坐标原点重合。
图形显示黑色， 表示此草图完 全定义
任务一 基本体的生成
项目要求
项目实施
三、退出草图绘制模式
操作
单击图形区右上角的按钮
，退出草绘模式。
FeatureManager 设计树中显示已完 成的“草图1”的 名称
机器人路径规划与工作空间分析
机器人路径规划与工作空间分析引言：在机器人技术的不断发展与应用中，机器人路径规划与工作空间分析成为了一个关键的研究领域。
机器人路径规划是指在给定的环境下，寻找机器人从初始位置到目标位置的最优路径的过程。
而工作空间分析则是对机器人在执行任务时所占用的空间进行分析与评估，以保证机器人的安全与效率。
本文将深入探讨机器人路径规划与工作空间分析的原理与方法，以及在不同领域的应用。
一、路径规划的基本原理路径规划是指机器人在给定环境中，通过选择合适的运动轨迹来实现从起点到终点的移动过程。
路径规划的基本原理可以分为离散方法和连续方法两种。
离散方法主要基于图论的原则，将机器人的运动空间离散化为一个有向图，然后通过搜索算法来找到一条从起点到终点的最优路径。
常用的搜索算法有A*算法和D*算法等。
其中A*算法通过综合启发式函数和路径评估函数来确定最优路径，D*算法则是在路径规划的过程中，可以根据环境的动态变化来进行实时更新。
这些离散方法在规模较小的问题中表现出色，但在处理复杂的环境时效率可能较低。
连续方法则是通过数学建模的方法来描述机器人的运动规划问题。
最常见的方法是使用光滑曲线来表示机器人的路径，例如贝塞尔曲线和样条曲线等。
这些方法具有较好的光滑性和逼近性能，但对复杂环境的处理较为困难。
二、工作空间分析的意义与方法工作空间分析指的是对机器人工作过程中所占用的空间进行分析与评估。
这对于机器人的操作安全与效率至关重要。
工作空间分析可以分为静态分析和动态分析两种。
静态分析主要是对机器人的姿态和尺寸进行考虑，来确定机器人可行的工作区域。
这种方法可以通过几何模型和数学计算来实现。
例如，可以通过建立机器人和工作环境的几何模型，然后通过碰撞检测算法来判断机器人是否会与环境中的障碍物发生碰撞。
动态分析则是在考虑机器人运动的基础上进行的。
在这种情况下，需要考虑机器人执行任务时的速度、加速度以及轨迹等因素。
这可以通过动力学建模和仿真来实现。
六轴工业机器人的工作空间分析
0引言现阶段，我国在进一步升级制造业，以工业机器人为代表的智能设备被广泛应用在自动化生产线上。
与此同时，生产实践中对机器人的应用也提出了更多要求，比如，希望进一步优化结构设计，扩大机器人的运动边界，即增大工作空间。
机器人的工作空间是指其运行时的位姿点的空间集合[1]。
机器人比较典型的一种工况是搬运码垛。
机器人在完成搬运等相关工作时，可能会因为机器人末端执行器不能到达相关的工作范围而导致不能完成任务，即工作空间小于任务空间。
因此研究机器人工作空间的大小和形状就很有必要，这也有利于后续任务空间的确定和实现结构上的优化设计和创新。
1机器人工作空间的位置向量分析1.1机器人运动模型建立本文基于深圳某公司研发的“哨兵”六轴关节型机器人进行研究，具体如图1。
该机器人主要用于物料搬运和码垛等。
在机器人前期结构设计时需要对该机器人进行工作空间的仿真，检验搬运码垛时的目标物体是否在机器人的工作空间范围内，从而能完成相关的任务。
与此同时，还需分析工作空间与机器人结构上的对应关系，为后续扩大机器人的任务范围提供科学依据。
D-H 参数法中，主要是四个参数，即连杆长度a ，扭角α，偏距d ，关节角θ[2]。
各参数的定义见表1。
依据D-H 参数法，在其上建立如图2所示的坐标系。
经过分析，得出该机械手的标准D-H 参数表，见表2。
根据所建立的连杆坐标系与参数D-H ，令λi =cos αi ，μi =sin αi ，得出相邻两坐标系的运动学方程，见式（1）。
（1）六轴工业机器人的工作空间分析李雨健①;方坤礼①;周惠明②（①衢州职业技术学院机电工程学院，衢州324000；②浙江航于电梯有限公司，衢州324000）摘要:本文针对“哨兵”六轴关节型机器人,依据正运动学模型,得出机器人的工作空间的位置向量P ,并利用MATLAB 中的机器人工具箱进行位置向量P 的计算。
利用蒙特卡洛法,分析该机器人的工作空间,但该法无法清晰地绘制出机器人工作空间的边界,故又进一步采用极限定步距角法绘制出机器人工作空间的边界,最后将两种方法结合,即可得出包含边界的机器人工作空间,从而用于任务空间的确定。
利用CAD进行工业机器人设计的专业技巧
利用CAD进行工业机器人设计的专业技巧工业机器人是现代工厂中不可或缺的重要设备，其高效准确的操作能力为生产线的自动化提供了有力的支持。
在机器人设计中，计算机辅助设计（CAD）软件发挥着重要的作用。
本文将介绍一些利用CAD 进行工业机器人设计的专业技巧，帮助工程师们更好地完成他们的工作。
首先，合理的机器人模型设计是一个成功项目的基础。
在CAD软件中，根据工作需求和工作环境，绘制机器人的草图。
通过草图可以确定机器人的尺寸、关节结构、驱动方式等重要参数。
在进行机器人模型设计时，应考虑到机器人的运动范围、负载能力、精度要求等方面，以确保机器人能够满足实际的工作需求。
其次，模块化设计是工业机器人设计过程中的一个重要原则。
借助CAD软件的模块化设计功能，可以将机器人划分为不同的模块，如机械结构模块、电气模块和控制模块等。
这种分模块的设计能够提高机器人的灵活性和可维护性，同时也方便后续的调试和维修工作。
第三，力学仿真和运动学分析是CAD软件中强大的功能之一。
力学仿真可以帮助工程师在设计阶段对机器人的运动进行模拟和评估，以确保机器人的稳定性和正常运行。
运动学分析则可以用于确定机器人的关节角度、终端执行器的位置朝向等参数，为后续的控制程序开发提供重要的参考。
另外，协作式工作空间规划也是一个重要的设计环节。
通过CAD 软件，可以对机器人在工作空间内的运动进行三维可视化展示，以便更好地规划机器人的工作轨迹和避免碰撞。
在规划工作空间时，应考虑到机器人的运动距离、速度和加速度等因素，确保机器人能够高效稳定地完成任务。
最后，配合CAD软件中的渲染功能，可以为设计的工业机器人添加真实感的外观。
通过使用合适的材质和光照效果，使机器人的外观更加逼真，为产品展示和报告制作提供更好的视觉效果。
综上所述，利用CAD进行工业机器人设计的专业技巧主要包括合理的机器人模型设计、模块化设计、力学仿真和运动学分析、协作式工作空间规划以及外观渲染等方面。
工业机器人系统三维建模：项目二工业机器人二维草图设计
草图设计技巧和经验
技巧一
注重细节，精益求精。在草图设计中，细节决定成败，应 注重每一个零部件的尺寸、形状和位置，确保设计的精确 性和可靠性。
经验一
了解实际需求和现场环境。在设计之前，应深入了解工业 机器人的实际应用场景和需求，包括工作负载、工作空间 、工作精度等方面的要求。
技巧二
创新思维，勇于尝试。在满足实际需求的基础上，可以尝 试采用新型材料、结构和工艺，使机器人更具竞争优势和 创新性。
经验二
注重可维护性和易用性。在满足性能要求的同时，应考虑 机器人的可维护性和易用性，以便在使用过程中方便地进 行维修和操作。
草图设计常见问题及解决方案
01
问题一
机器人运动轨迹不准确。解决方案：通过精确计算和仿真验证，确保运
动轨迹的准确性和可靠性，同时可以采用高精度传感器和控制系统来提
高机器人的定位精度和稳定性。
使用几何图形元素构建机器人的 结构，包括各个部件的形状、尺
寸和位置等信息。
运动分析
通过几何图形元素描述机器人的运 动轨迹和关节运动，分析机器人的 运动性能和灵活性。
功能说明
使用非几何图形元素描述机器人的 功能和操作流程，帮助理解机器人 的工作原理和使用方法。
03
工业机器人二维草图设计实践
草图设计案例分析
案例一
设计一款用于装配流水线的工业机器人，要求具备高精度、 高稳定性和高效率。通过分析装配流水线的工艺流程和需求 ，进行机器人结构、运动轨迹和控制系统等方面的设计。
案例二
设计一款用于搬运重物的工业机器人，要求具备大负载、长 距离搬运和快速响应能力。通过分析搬运任务的需求和现场 环境，进行机器人结构、传动系统和动力系统等方面的设计 。
工业机器人操作与编程 项目二 工业机器人绘图操作与编程
任务一
2．工具数据
知识链接——工具数据的定义P、重量、重心等参数的数据，也用于描述新 工具坐标系相对于默认工具坐标系的位姿变换。
一般不同的机器人应用会配置不同的工具，比如 说弧焊机器人会使用焊枪作为工具，而用于搬运板材 的机器人就会使用吸盘式的夹具作为工具。
任务一
知识链接——工业机器人绘图单元组成
1．绘图单元组成
“ 工业机器人绘图单元由工业机器人 模块、绘图模块、绘图笔工具等组成。 绘图模块放置在多功能工作台上， 可以放置A4或B5绘图纸，绘制不同的图 形，进行机器人绘图基本操作及编程。
任务一
知识链接——工业机器人绘图单元组成
2．绘图单元工作流程
“
任务一
知识链接——工具数据的设定方法
1．标定工具坐标系的方法
（2）“TCP和Z”方法五点法
“TCP和Z”方法是增加了Z点的定义，以工具 末端点与Z点的连线为工具坐标系的Z轴，对应 Z方向改变的工具。
“TCP和Z”方法可兼容“TCP（默认方向）” 方法，即Z方向不变的工具也可用此方法定义 工具数据。
知识链接——工具数据的定义
任务一
知识链接——工具数据的定义
3．工具中心点
工具是能够直接或间接安装在机
器人的转动盘上，或能够装配在
机器人工作范围内固定位置上的
物件。固定装置（夹具）不是工
01
具，工具必须用TCP（Tool
Center Point，即工具中心点）
定义。
简单理解的话，TCP就是重定位动作的旋
（3）“TCP和Z，X”方法六点法
“TCP和Z，X”方法则增加了Z和X点的定义， 以工具末端点与Z点的连线为工具坐标系的Z轴， 以工具末端点与X点的连线为工具坐标系的X轴， 对应Z、X方向改变的工具。
工业机器人绘制三角形和圆形的步骤
工业机器人绘制三角形和圆形的步骤
绘制三角形步骤：
1. 首先，将机器人臂移动到三角形的起始点，即三角形的一个顶点位置。
2. 使机器人臂向另一个顶点移动，这一步可以通过控制机器人臂的末端执行器（例如笛卡尔坐标系中的末端点位置）来完成。
3. 在机器人臂到达下一个顶点后，使其执行一次运动以回到第一个顶点，这一步可以通过控制机器人臂执行“直线运动”来实现。
4. 重复步骤2至3，依次连接另外两个顶点，绘制出三角形。
绘制圆形步骤：
1. 将机器人臂移动到圆形的起始位置。
2. 使机器人臂向右移动，直至达到圆心位置。
3. 使机器人臂沿着圆形轨迹运动，同时末端执行器始终保持一定的距离，如可预先设置一个半径参数。
4. 当机器人臂绕完整个圆后，回到起始位置。
工业机器人离线编程(FANUC) 第二章、工作站环境的布景技术
第二章、工作站场景布置技术工作站场景布置是指如何在工作站仿真环境中添加机器人本体及所需要的仿真实体，包括各种各样的抓手、加工设备、流水线传输设备等，例如：机床、传输带、AGV小车、立库、安全栅栏、料筐、包装盒、待加工和已加工工件等。
这些图库可以按照实际设计需要通过Roboguide的指令导入，也可以用Modeler工具创建。
但是，当图库不能满足实际的需要时，还需要借助于Solidworks等其它画图软件创建，然后再导入到Roboguide环境中使用。
本章分为三个部分，一、Roboguide环境图库的添加与使用技术；二、新加图库的创建技术；三、使用上述技术创建一个机器人搬运工作站。
2.1 Roboguide环境图库的添加与使用2.1.1 添加Part在Roboguide仿真环境中，Part往往是被操作的对象，例如：待抓取、待放置的工件。
添加Part的操作有如下方法：创建一个Workcell，进入到仿真环境中。
（１）、点击工具条Process Navigator命令按钮，或者点击主菜单View下的子菜单Navigator，弹出窗口如图2.1所示：图2.1 Process Navigator命令窗口图2.2 创建Part选项选择3.Add a Part to the Cell，给仿真环境添加一个Part。
点击该选项，弹出图2.2所示窗口。
该窗口中，创建Part的途径有5中，分别为：CAD Model-Import from Librarian，从仿真图库中导入；CAD Model browse for File，打开文件，从文件中导入；Box Primitive Model，创建一个立方体Part；Cylinder Primitive Model，创建一个圆柱体Part；Sphere Primitive Model，创建一个球体Part；本例选择Box Primitive Model，创建一个立方体Part，弹出图2.3窗口：图2.3 Part属性选项图2.4 仿真环境中的Part主要的属性有：Color颜色、Scale尺寸大小。
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工业机器人的工作空间及与结构尺寸的相关性1．工作空间描述工作空间的手腕参考点可以选在手部中心、手腕中心或手指指尖，参考点不同，工作空间的大小、形状也不同。
图1表示了几种不同形式的工作空间。
工作空间是操作机的一个重要性能指标，是操作机机构设计要研究的基本问题之一。
当给定操作机结构尺寸时，要研究如何确定其工作空间，而当给定工作空间时，则要研究操作机应具有什么样结构。
2．确定工作空间的几何法采用改变某个关节变量而固定其他关节变量的方法，用几何作图法可画出工作空间的部分边界，然后改变其他关节变量，又可得到部分边界。
重复此方法，可得到完整的工作空间。
图2示出一台电动喷漆机器人的工作范围，图a为XOZ剖面上的工作范围，图b为XOY剖面上的工作范围，由此可求出该机器人的工作空间范围。
下面介绍该两张图的制作方法。
先看图2a，已知机器人的立臂向下运动的极限位置与调轴的夹角为10º，向上运动的极限位置与调轴的夹角为：120º；机器人的横臂与立臂的最大夹角为160º，最小夹角为20º。
保持机器人横臂与立臂的夹角为160º不变，让立臂以其下支点为圆心，从下极限位置运动到上极限位置，可画出AB段弧；再让机器人的立臂位于下极限位置保持不动，让横臂从与立臂的最大夹角运动到最小夹角，画出BC段弧；则弧ABC为机器人的未端在XOZ剖面上所能够达到的工作范围的最外部的边界。
再让机器人的立臂位于上极限位置保持不动，让横臂从与立臂的最大夹角运动到最小夹角，画出AD段弧；然后让横臂保持与立臂的最小角，让立臂以其下支点为圆心从其上极限位置运动到下极限位置，画出DC段弧；则弧ADC为机器人的未端在XOZ剖面上所能够达到的工作范围的最内部的边界。
由弧ABCDA所包络的空间中的任何一点，该机器人都可达到，但是位于该空间外部的点，该机器人均不可达到。
再看图2b，已知机器人转塔的最大转角为180º，即相对于调轴为±90º。
让机器人的末端运动到图a中ABC弧的最外点即B点，绕Z轴相对于X轴从+90º旋转到-90º，可画出EF 段弧；再让机器人的末端运动到图a中DC弧的最外点即D*点，绕Z轴相对于X轴从＋90º旋转到-90º，可画出GH段弧；连接点E和点G，得直线EG；连接点H和点F得直线HF。
则由弧EF和弧DC及直线EG和直线HF所包络的空间中的任何一点，该机器人都可达到，但是位于该空间外部的点，该机器人均不可达到。
直观他说，该机器人的工作空间为将弧ABCDA所包络的工作空间绕Z轴相对于X轴从＋90º旋转到-90º所形成的空心半球体，相似于图1c。
需要特别说明的是，上述的电动机器人的横臂是由位于立臂下中心的法兰盘通过双连杆推动位于立臂上中心的法兰盘（与横臂连在一起）来运动的。
假如这个驱动机构不是这样，而是如下图所示，横臂是由一根与立臂平行的推杆来推动的，则因为椎杆与立臂之间在横臂运动到某一角度时，会出现干涉现象，使工作范围的形状受到影响，这在确定电动机器人的工作范围时是需要特别注意的。
3．机器人尺寸规划与工作空间优化之间的关系电动机器人工作空间由其各关节的转角和臂长来决定，除横臂推杆与立臂之间的运动干涉问题要考虑外，其机器人尺寸规划与工作空间优化之间的关系比较简单，而液压缸驱动的机器人则不一样，它在每个位置时的最大转角因受到液压缸行程的限制而均不一样。
此处我们以一台六自由度的电液伺服型机器人为例，来找出这个相对的关系。
如图3所示，该机器人的横臂与立臂均为液压直线缸驱动，其中A为横臂的长度，B为立臂的长度，c1是横臂俯仰缸下支点距立臂下支点的距离，c2是立臂摆动缸下支点距立臂下支点的距离，L1是立臂摆动缸上支点距下支点的距离，L2是横臂俯仰缸上支点距下支点的距离，θ3是立臂与Y轴的夹角，θ4是横臂与X轴的夹角。
当两个液压缸运动时，L1、L2、θ3、θ4是变量，而A、B、a1、a2、b1、b2、c1、c2是机器人关键尺寸，是选定以后就不变的量。
那么应如何选定这些关键尺寸，使之与我们想得到的工作空间之间达到一种优化的关系呢？下面我们给出一种代数的方法。
首先，我们假设该机器人在XOY平面上的工作范围,如图4所示。
其中，A点为机器人所能达到的最高最远处，B点为机器人所能达到的最低最远处，E点为机器人所能达到的最高最近处，C点为机器人所能达到的最低最近处。
由图3，可得出如下关系式：（1）定出立臂摆动缸运动的上下限L1max 和L1min根据所需的工作范围、机械的约束条件和受力分析确定出关键尺寸b1、b2和c2，并给出立臂运动变量θ3的上下限，由此推出L1max和L1lmin来。
（2）定出横臂俯仰缸运动的上下限L2max 和L2minL2的变化受立臂运动变量θ3变化的影响，但是机器人的横臂不管怎样运动，俯仰缸中活塞运动的上下限应是不变的，故应根据所需的工作范围、机构的约束条件和受力分析确定出关键尺寸B、a1、a2和c1，固定一个θ3的位置（假设在θ3＝0处，如图5），给出横臂运动变量θ4的上下限，由此推出L2max和L2min。
那么立臂运动到其他位置，L2均不超过这个L2max和L2min，但相对于不同的θ3,θ4的上下限也不同。
（3）定出工作范围的最高最远点和最低最远点由图6，当θ3运动到θ3max，L2运动到L2max时，机器人的g末端到达A点（工作范围的最高最远点）；θ3不动，L2运动到L2min时，机器人的末端到达B点（工作范围的最低最远点）；θ3不动，令θ4＝0，推出横臂水平时机器人的末端到达的最远点，三点相连可画出工作范围的A、B段弧。
其中，A、B点的坐标值为（注意θ3相对于Y轴逆时针转为正值，顺时针转为负值，下同；θ4相对于X轴逆时针转为正值，顺时针转为负值，下同）X＝B sinθ3max+A cosθ4Y＝B cosθ3max-A sinθ4不同的是，在A点，θ4由L2max反推出；在B点，θ4由L2min反推出。
横臂水平时机器人的末端到达的最远点的坐标值为X＝B sinθ3max+AY＝B cosθ3max（4）定出工作范围的最高最近点和D点由图7，令θ3＝θ3min，则当L2运动到L2max时，机器人的末端到达E点（工作范围的最高最近点）；θ3不动，当L2运动到L2min时，机器人的末端到达D点；θ3不动，令θ4＝0，推出横臂水平时机器人的末端到达的最近点，三点相连可画出工作范围的ED段弧。
其中，E、D点的坐标值（注意，此时θ3为负值）为X＝B sinθ3min+A cosθ4Y＝B cosθ3min-A sinθ4不同的是，在E点，θ4由L2max反推出；在D点，θ4由L2min反推出。
横臂水平时机器人的末端到达的最近点的坐标值（θ3为负值）为X＝B sinθ3min+AY＝B cosθ3min（5）定出工作范围的AE 段弧由图8，当θ3逐渐由θ3max 运动到θ3min ，由L 2max 反推出θ4，再由θ4求出相应的X 、Y 的值，可画出工作范围的AE 段弧。
（6）定出工作范围的BC 段弧和K 段弧当θ3逐渐由θ3max 运动到θ3min ，由L 2min 反推出θ4，再由θ4求出相应的X 、Y 的值，可画出工作范围的最下部的一段弧。
但问题是：由图9，当θ3＜-7º～-10º时，由L 2min 反推出θ4可能会造成立臂与横臂之间的夹角δT 大小，使俯仰缸的上部与立臂发生碰撞，故在此特殊位置要保证δT ＞30º，故从θ3＝-7º～θ3＝θ3min 时，δT 均要保持为30º，由此，当θ3逐渐由θ3max 运动到-7º时，由L 2min 反推出θ4，再由θ4求出相应的X 、Y 的值，画出工作范围的BC 段弧。
当θ3由θ3＝-7º逐渐运动到θ3＝θ3min 时，由δT ＝30º反推出θ4，再由θ4求出相应的X、Y 的值，画出工作范围的CD 段弧。
结论：使用计算机，编好以上的计算程序和画图程序，并在屏幕上设计好带坐标点的网格图背景，设计者就可以根据需要有选择地输入关键尺寸A、B、a 1、a 2、b 1、b 2、c 1、c 2的值，再输人θ3、θ4的变化上下限的值，计算机就会在网格图背景上绘出与这些尺寸相应的机器人在XOY 平面上的工作范围图。
该方法是设计新型的电液型机器人前必不可少的工作，对优化机器人尺寸参数，迅速找出机器人关键尺寸的最佳组合，很有帮助。
4．包容正方体是设置于工作空间内应用得最多的一部分空间中的正方体。
其边平行于机座坐标系而体积为最大。
该正方体的大小直接反映了工作空间中可用部分的大小，对一定的操作机，其包容正方体是唯一的。
5．工作空间与操作机结构尺寸的相关性工作空间的形状取决于操作机的结构型式，直角坐标型操作机的工作空间为长方体；圆柱坐标型操作机的工作空间为中空的圆柱体；球坐标型操作机的工作空间为球体的一部分；关节型操作机的工作空间比较复杂，一般为多个空间曲面拼合的回转体的一部分。
直角坐标型操作机工作空间的大小取决于沿X、Y、Z 三个方向操作机行程的大小。
圆柱坐标型操作机工作空间的大小取决于立柱的尺寸和水平臂沿立柱的上下行程，还取决于水平臂尺寸及水平伸缩行程。
球坐标型操作机工作空间的大小取决于工作臂的尺寸、工作臂绕垂直轴转动的角度及绕水平轴俯仰的角度。
关节型操作机工作空间的大小取决于大小臂的尺寸、大小臂关节转角的角度以及大臂绕垂直轴转动的角度。