机械手臂结构
第七讲机器人的机械臂结构PPT课件
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1机械臂结构机械臂结构一臂部设计的基本要求一臂部设计的基本要求1承载能力足承载能力足n手臂是支承手腕的部件设计时不仅要虑抓取物体的重量或携带工具的重量还要考虑运动时的动载荷及转动惯性
机械臂结构
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一、臂部设计的基本要求
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1．承载能力足
手臂是支承手腕的部件，设计时不仅 要考虑抓取物体的重量或携带工具的 重量，还要考虑运动时的动载荷及转 动惯性。
2—连杆 3—手臂 4—支承架
活塞的行程就控制
了手臂摆角的大小。
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齿轮驱动回转机构图例：
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3．关节型机械臂的结构（1）
存在的运动型式：
机身的旋转运动； 肩关节和肘关节的摆动； 腕关节的俯仰和旋转运动；
各运动的协调： 称为5轴关节型机器人。
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五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：
3、工字钢的长度按长度系 列购买。如：5~19m。
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槽钢（GB707-88）
1、槽钢的型号与高度尺寸 h有关，如：10号槽钢即指 其高度尺为100mm。
2、其它参数如截面积、单 位长度的理论质量、截面 静力矩等可查相应的设计 手册。
3、《钢结构》
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3、导向性能好，定位精度高
为防止手臂在直线运动中，沿运动轴 线发生相对转动，应设置导向装置。 同时要采用一定形式的缓冲措施。
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3．关节型
由动力型旋转关节 和前、下两臂组成。 关节型机器人以臂 部各相邻部件的相 对角位移为运动坐 标。动作灵活，所 占空间小，工作范 围大，能在狭窄空 间内饶过各种障碍 物。
机械手臂概述
机械手臂概述机械手臂是一种使用电机和各种机械驱动方式，具有多自由度运动的机械臂，其主要应用于工业、医疗、仓储和服务等领域。
在现代科技中，机械手臂的应用越来越广泛，它的出现不仅提高了生产效率，还可以承担人类难以完成的高难度工作。
多自由度构架机械手臂是一种具有多自由度的装置，通常具有至少6个自由度。
这个6个自由度分别代表不同的方向和角度，如：旋转、伸缩、抓取、推拉等。
这是机械手臂可以完成特定任务的基础。
同时，机械手臂的构架也因此变得复杂，联合控制和机械特制成为必不可少的组成部分。
机械手臂的分类机械手臂通常被分为以下几种类型：工业机械手臂、服务性机械手臂、医疗机械手臂以及教育机械手臂。
1. 工业机械手臂工业机械手臂是应用最广泛和效率最高的机械手臂种类。
它一般应用于制造业中，用于从生产线上取出产品。
工业机械手臂能够快速、准确地执行任务，因此它已经成为不少工业公司的标配。
2. 服务性机械手臂服务性机械手臂的主要功能是辅助人类从事日常生产和生活工作。
这种机械手臂可以在商场、医院、酒店等公共场所中使用，它们能够帮助人们搬运重物、清理卫生等。
随着智能技术的不断更新和升级，服务性机械手臂的应用范围也越来越广泛。
3. 医疗机械手臂医疗机械手臂可以在医院手术室中使用，它们可以进行高精度的手术切割，大大缩短了手术时间和风险。
同样，也有机械手臂被应用于理疗中。
4. 教育机械手臂教育机械手臂是一种让孩子们学习科学的好帮手，旨在吸引孩子们对工程学科的兴趣。
这种机械手臂通常具有简单的构造，可以通过简单的程序让孩子们实现动力装置实验和机械结构的制作。
机械手臂的优点机械手臂的优点不仅包括提高生产效率和质量，还能够从危险和恶劣的环境中解放出来。
同时，机械手臂可以根据生产流程进行调整，达到最优化效果。
机械手臂的耐久程度也更高，更容易进行维护和升级。
结论机械手臂是一种应用广泛、卓越的机械装置，它通过电机和其他机械驱动方式进行多方位的自由度运动。
水下机器人机械手臂的设计与控制
水下机器人机械手臂的设计与控制随着科技的不断发展和应用，水下机器人成为了深海探索和海洋资源开发中不可或缺的工具。
而机械手臂作为水下机器人的“手”也显得尤为重要。
本篇文章将重点探讨水下机器人机械手臂的设计与控制。
一、机械手臂的设计1. 基本结构水下机器人机械手臂的基本结构一般包括机械臂主体、关节、末端执行器和控制系统。
机械臂主体是机械手臂的主支架，关节连接机械臂主体和末端执行器，控制系统是整个机器人的大脑，也是机械手臂的运作中枢。
2. 关节类型机械手臂的关节类型包括旋转关节、线性关节和旋转线性关节。
旋转关节由一个旋转轴固定在机械臂主体上，可以在水平或垂直平面内旋转；线性关节是指沿着直线方向移动的关节，用于伸展机械手臂；旋转线性关节则是既可以沿着直线方向移动又可以旋转的关节。
3. 末端执行器机械手臂的末端执行器一般有钳子、操作器、抓取器等多种类型。
根据机器人的应用场景和需求选择合适的末端执行器非常重要。
4. 简化设计为了避免机械手臂的结构复杂，降低制造成本和运行维护的难度，有时会采用简化设计方案。
例如，机械手臂的关节数目、类型和布局可以进行优化，通过降低复杂度来提高整体的性能和稳定性。
二、机械手臂的控制1. 控制算法机械手臂的控制算法是保证机器人正常运行的核心部分。
常见的控制算法包括PID控制、自适应控制和神经网络控制等。
PID控制是一种经典的控制算法，可以实现位置控制、速度控制和力控制；自适应控制能够根据不同工况自动调整控制参数；神经网络控制则可以模拟人脑的思维方式，具有自学习和自适应的能力。
2. 传感器机械手臂的传感器一般包括编码器、压力传感器、视觉传感器、声呐传感器等。
编码器可以实时感知机械手臂的位置和速度；压力传感器可以测量机器人与周围环境之间的接触力，帮助机器人避免碰撞；视觉传感器可以拍摄周围场景，实现机器人的视觉导航；声呐传感器可以探测水下环境的距离和深度。
3. 增量式控制增量式控制是一种非常常见的机械手臂控制策略。
机械手臂的结构设计
根据结构、功能和应用领域不同，机械手臂可分为工业机器人手臂、服务机器 人手臂、医疗机器人手臂和特种机器人手臂等。
机械手臂应用领域
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工业制造
机械手臂广泛应用于工业制造 领域，如汽车制造、电子产品
组装、焊接、搬运等。
医疗卫生
机械手臂在医疗卫生领域也有 广泛应用，如手术机器人、康 复机器人、护理机器人等。
设计方法
采用模块化设计思想，将机械手臂分成多个功能模块进行设 计，便于维护和升级；运用现代设计方法，如拓扑优化、有 限元分析等，对关键零部件进行优化设计，提高机械手臂的 性能和寿命。
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机械手臂概述
机械手臂定义与分类
定义
机械手臂是一种能够模拟人类手臂运动的机械设备，通常由多个关节和执行器 组成，用于执行各种工业、医疗和军事等任务。
SolidWorks Simulation
基于SolidWorks平台的有限元分 析插件，易于上手，适用于中小 型复杂结构分析。
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ABAQUS
擅长处理非线性问题和复杂接触 问题，广泛应用于机械、土木、 汽车等领域。
仿真结果展示与讨论
应力分布
展示机械手臂在工作过程中的应力分布情况，确保结构安全可靠 。
防护性能不足
可增加防护装置和安全检测功能，提高机械手臂的安全性 能。
未来发展趋势预测
智能化
随着人工智能技术的发展，机械手臂将具备更高的自主决策和协作 能力。
柔性化
为适应多品种、小批量生产需求，机械手臂将具备更高的柔性和可 重构性。
绿色环保
在制造过程中，将更加注重节能减排和环保要求，推动绿色制造技术 的发展。
带传动
适用于中小功率传动，传 动平稳，噪声小，但需要 张紧装置。
液压机械手臂原理
液压机械手臂原理
液压机械手臂是一种利用液压原理驱动的机械装置，用于执行各种吊装、搬运和装配等作业。
它通常由液压系统、机械臂结构和控制系统组成。
液压系统是机械手臂的动力源，主要由液压泵、液压缸、液压阀和油管等组成。
液压泵将液体从低压态转化为高压态，并通过油管输送到液压缸中。
液压缸是机械手臂的动力执行器，通过液压油的输入和排出来实现机械臂的运动。
液压阀则控制液压油的流向和流量，从而控制机械臂的运动速度和力量。
机械臂结构是液压机械手臂的核心部分，通常由多个关节和连接杆组成。
关节是机械臂的关键部件，它使得机械臂具有多自由度的运动能力。
连接杆则将各个关节连接在一起，形成一个灵活的机械结构。
通过控制液压缸的伸缩和机械臂关节的转动，机械手臂可以在各个平面上实现多样化的动作。
控制系统是液压机械手臂的智能化核心，它通过传感器接收外部信号并实时反馈给控制器。
控制器根据接收到的信号进行数据处理和计算，然后控制液压系统中的液压阀开关，从而精确控制机械手臂的运动。
通过编程和算法优化，控制系统能够实现高精度、高速度和高可靠性的操作。
总之，液压机械手臂利用液压原理作为动力驱动，并通过机械臂结构和控制系统实现各种复杂的作业任务。
它广泛应用于工业生产、装配线、仓储物流等领域，提高了生产效率和工作安全性。
机器人的机械结构
机器人的机械结构一、机械臂：机械臂是机器人最重要的部分，它模拟人类的手臂动作，用于实现各种任务。
一般机械臂由几段连杆组成，每个连杆之间通过关节连接。
机械臂的结构决定了机械臂的运动范围和灵活性，常见的机械臂结构有直线运动结构、旋转关节结构、虫轮驱动结构等。
二、关节：关节是机械臂的重要组成部分，它连接两个连杆，使机械臂能够进行转动或弯曲。
常见的关节有旋转关节、滚动关节、剪刀关节等，它们通过电机驱动和传动装置来实现运动，可以实现机械臂的多个自由度运动。
三、传动装置：机器人的运动需要通过传动装置实现，常见的传动装置有齿轮传动、皮带传动、蜗轮传动等。
传动装置可以将电机的转动传递给机械臂，并根据需求进行速度调节和力矩放大，实现机器人的运动控制。
四、传感器与执行器：机器人的机械结构与传感器和执行器紧密相关。
传感器可以感知环境和物体的信息，如光电传感器、触摸传感器、距离传感器等，通过传感器，机器人可以实现对环境的感知和交互。
执行器是机器人运动的驱动器，如电机、气缸等。
它们与机械结构相互配合，使机器人能够具有自主执行任务的能力。
五、框架与支撑结构：机器人的框架和支撑结构起到支撑和保护机器人的作用，使其能够稳定地进行运动。
框架通常是由刚性材料制成，如金属或复合材料，以确保机器人的稳定性和刚性。
支撑结构支持机器人的各个部件，同时还能降低振动和噪音等对机器人性能的不良影响。
六、人机接口和控制系统：机器人的机械结构是人机接口和控制系统的基础，通过人机接口和控制系统，人们可以与机器人进行交互和控制。
人机接口包括各种控制按钮、触摸屏、语音识别等，通过人机接口，人们可以向机器人发出指令和进行交互。
控制系统是机器人的大脑，可以控制机械臂的运动、传感器的数据采集和分析等，实现机器人的智能化运作。
总之，机器人的机械结构是机器人的骨架，是实现机器人运动和任务的基础。
机械结构的设计与制造决定了机器人的功能和性能，可以根据不同的任务需求进行灵活的设计和优化。
机械手臂的工作原理
机械手臂的工作原理
机械手臂的工作原理通常是由多个电机控制并组成的。
它们通常是由机械结构、电气驱动系统和控制系统组成。
机械结构是机械手臂的主体，通常由气缸、连杆、轴、关节等组件构成。
机械结构的设计要考虑机械手臂需要实现的动作范围、载荷能力等因素。
电气驱动系统是机械手臂的动力来源，通常由电机或液压系统提供动力。
电机通常是直流电机，通过控制电流方向和大小来实现机械手臂的运动。
控制系统是机械手臂的灵魂，它包括硬件和软件两部分。
硬件包括传感器、控制器、电源等，用于实时监测和控制机械手臂的运动。
软件则是控制系统的程序，通常由编程语言编写，用于控制机械手臂的运动轨迹和速度等参数，实现自动化控制。
当机械手臂接收到指令后，控制系统会将指令转化为相应的动作，并通过电气驱动系统实现机械手臂的运动。
机械手臂运动的轨迹、速度、力度等参数可以根据应用需求进行控制和调整。
机械手臂关节结构设计
机械手臂关节结构设计机械手臂是一种模拟人手功能的机械装置，广泛应用于工业自动化、医疗、服务机器人等领域。
机械手臂的关节结构是实现其灵活运动的关键。
机械手臂的关节结构主要包括旋转关节和直线关节两种形式。
旋转关节一般是通过电机带动旋转轴实现关节的运动，而直线关节则是通过电机带动导轨或滑块来实现。
下面将分别对这两种关节结构的设计进行详细讨论。
首先是旋转关节的设计。
旋转关节一般包括电机、减速机、传动装置和关节结构四部分。
电机是提供动力的部件，通过减速机和传动装置将电机的高速转动转换成关节所需的低速高扭矩的转动。
关节结构负责将传动装置所提供的转动传递给机械手臂的臂段，同时承受机械手臂的负载。
在设计旋转关节时，需要考虑关节结构的刚度、承载能力和摩擦损失等因素。
此外，还要合理选择电机的类型、减速比和传动装置的形式，以满足机械手臂的运动需求。
其次是直线关节的设计。
直线关节一般包括电机、滑块或导轨及传动装置三部分。
电机通过传动装置带动滑块或导轨在一条直线上进行移动。
直线关节的设计重点在于滑块或导轨的结构和材料选择，以及传动装置的密封性和平稳性。
滑块或导轨应具备较高的刚度和承载能力，同时要尽量减小摩擦和噪音。
在选择传动装置时，应考虑其传动效率和寿命，以及其与滑块或导轨的匹配性。
在机械手臂的关节结构设计中，还需要考虑以下几个方面：1.安全性：机械手臂在工作时可能承受较大的负载和冲击，因此关节结构应具备较高的强度和稳定性，以确保机械手臂的安全运行。
2.精度：机械手臂在工作时需要达到一定的精度要求，关节结构应具备较小的误差和较高的运动精度，以保证机械手臂的定位准确性。
3.灵活性：机械手臂需要具备多样化的运动能力，因此关节结构应具备较大的运动范围和灵活性，以适应不同的工作场景和任务需求。
4.可靠性：机械手臂需要长时间稳定运行，关节结构应具备较高的可靠性和耐久性，以减少维修和更换部件的频率。
综上所述，机械手臂的关节结构设计涉及到多个方面的考虑，包括旋转关节和直线关节的设计、电机和传动装置的选择、结构强度和精度要求等。
机械臂结构设计原理ppt
机械臂结构设计的基本原理
机械臂结构设计的基本原理包括运动学原理、力学原理和控制原理，通过优化设计来实现机械臂的高效运动。
机械臂结构设计的要素和考虑因素
载荷要素
根据应用需求确定机械臂的最大负载，确保结 构设计满足承载要求。
结构刚度
设计合适的结构来提高机械臂的刚度，提高运 动精度和控制性能。
工作空间
材料科学
采用新材料和工艺，提高机械 臂的轻量化和强度，改善整体 性能。
机械臂末端执行器设计和选择 的重要性
机械臂末端执行器是机械臂的关键组件，不同的执行器设计和选择会直接影 响机械臂的运动灵活性和工作效率。
机械臂结构设计的案例分析
工业自动化
通过合理的结构设计实现工业生 产线的自动化作业，提高生产效 率和品质。
考虑机械臂的活动范围和工作空间限制，确保 能够完成所需的各种任务。
安全因素
考虑机械臂运动过程中的安全性，确保不会对 人员和周围环境造成伤害。
机械臂结构设计的常见方法和技术
仿生设计
根据生物学原理，借鉴生物形 态和结构设计机械臂，提高机 械臂的柔顺性和适应性。
优化算法
使用优化算法来优化机械臂结 构设计，提高机械臂的性能和 效能。
医疗手术
精确的机械臂结构设计可用于辅 助医生进行精细的手术操作，提 高手术安全性和精准度。
物流业，自动完成物品的搬运和仓 储操作，提高效率和减少人力成 本。
机械臂结构设计的发展趋势和 前景
未来的机械臂结构设计将不断优化，包括更高的精度、更灵活的结构、更高 的负载能力和更智能的控制系统，为各行业带来更广泛的应用。
机械臂结构设计原理ppt
本演示文稿将介绍机械臂的定义、应用、基本原理、要素、常见方法、技术 和末端执行器的重要性。之后，通过案例分析展示机械臂结构设计的具体步 骤。最后，我们将探讨机械臂结构设计的发展趋势和前景。
机械手的组成
图1-9 夹持式手爪
• 手指结构取决于被抓取物件的表面形状、 被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量 及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的 和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有 双指式、多指式和双手双指式等。
• 而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机 构型式较多，常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿 轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。
• 用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小， 根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。
• 此外，根据特殊需要，手部还有勺式(如浇铸机械手的浇包部分)、 托式(如冷齿轮机床上下料机械手的手部)等型式.
（2）手腕
• 手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件 的方位(即姿势)。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）。
（1）手部
• 即与物件接触的部件。该组件可以模拟手部动作，搭配夹具、焊枪 或吸盘等完成工作流程；机器人通过安装传感器，能对周围环境做 出反应，如可以按照预设程序从多个零部件中抓取特定的零部件。 由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。
• 夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接 接触的构件。
• 吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或 产生电磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类 。
图1-10 负压吸盘
• 对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成 负压的方式有气流负压式和真空泵式。
• 对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通 常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘是一种用电磁原理，通过使内部线圈 通电产生磁力，经过导磁面板，将接触在面板表面的工件紧紧吸住 的，通过线圈断电，磁力消失实现退磁，取下工件。电磁吸盘的吸 力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。
机械手臂结构
机械手臂结构随着科技的不断进步和机械技术的不断完善，机械手臂已经成为工业领域中不可或缺的一种机器人。
而机械手臂的重要组成部分，就是机械手臂结构。
一、机械手臂结构的组成一般来说，机械手臂结构由七个部分构成，分别是基座、肩部、肘部、腕部、手部、末端执行器和控制系统。
基座是机械手臂的底部，它的作用是支撑整个机械手臂，并提供机械手臂运动的基础。
而肩部则能够使机械手臂在水平平面内进行运动，肘部则是机械手臂的弯曲部分，能够使机械手臂进行上下运动。
而腕部具有两个旋转自由度，可以让机械手臂自由旋转。
手部是机械手臂的末端，它可以根据需要插入各种不同类型的工具，实现不同的任务。
末端执行器是手部的一个重要组成部分，它可以根据需要进行抓取、剪切等各种动作。
控制系统则是整个机械手臂的大脑，它可以接收操作者的指令，并将指令转化为机械手臂能够理解的信号，从而控制机械手臂进行各种操作。
二、机械手臂结构的运动原理机械手臂结构的运动原理主要涉及到旋转运动和平移运动。
旋转运动可以分为两种类型，一种是关节点运动，这种运动方式是通过调整关节点的角度来实现的，例如机械手臂的肩部、肘部和腕部。
另一种是连杆运动，这种运动方式是通过调整连杆的长度来实现的，例如机械手臂的手部。
平移运动则是指将机械手臂沿各个方向进行移动，这种运动方式可以通过调整机械手臂的关节来实现。
例如，机械手臂的肩部可以使机械手臂沿X轴的正方向和负方向进行移动，肘部可以使机械手臂沿Y轴的正方向和负方向进行移动，而腕部则可以使机械手臂沿Z轴的正方向和负方向进行移动。
三、机械手臂结构的应用领域机械手臂结构的应用领域非常广泛，从工业领域到医疗领域，从科学研究到军事应用，都可以看到机械手臂的身影。
在工业领域，机械手臂结构广泛应用于装配生产线和物料搬运系统中。
机械手臂能够完成重复性高、难度大、作业时间长的工作任务，提高生产效率和产品质量。
在医疗领域，机械手臂结构的应用主要集中于外科手术。
机械手臂的作用、组成以及设计要求
机械手臂的作用、组成以及设计要求一、机械手臂的作用和组成1、作用手臂一般有3个运动：伸缩、旋转和升降。
实现旋转、升降运动是由横臂和产柱去完成。
手臂的基本作用是将手爪移动到所需位置和承受爪抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量等。
2、组成手臂由以下几部分组成：（1）运动元件。
如油缸、气缸、齿条、凸轮等是驱动手臂运动的部件。
（2）导向装置。
是保证手臂的正确方面及承受由于工件的重量所产生的弯曲和扭转的力矩。
（3）手臂。
起着连接和承受外力的作用。
手臂上的零部件，如油缸、导向杆、控制件等都安装在手臂上。
此外，根据机械手运动和工作的要求，如管路、冷却装置、行程定位装置和自动检测装置等，一般也都装在手臂上。
所以手臂的结构、工作范围、承载能力和动作精度都直接影响机械手的工作性能。
二、设计机械手臂的要求1、手臂应承载能力大、刚性好、自重轻手臂的刚性直接影响到手臂抓取工件时动作的平稳性、运动的速度和定位精度。
如刚性差则会引起手臂在垂直平面内的弯曲变形和水平面内侧向扭转变形，手臂就要产生振动，或动作时工件卡死无法工作。
为此，手臂一般都采用刚性较好的导向杆来加大手臂的刚度，各支承、连接件的刚性也要有一定的要求，以保证能承受所需要的驱动力。
2、手臂的运动速度要适当，惯性要小机械手的运动速度一般是根据产品的生产节拍要求来决定的，但不宜盲目追求高速度。
手臂由静止状态达到正常的运动速度为启动，由常速减到停止不动为制动，速度的变化过程为速度特性曲线。
手臂自重轻，其启动和停止的平稳性就好。
3、手臂动作要灵活手臂的结构要紧凑小巧，才能做手臂运动轻快、灵活。
在运动臂上加装滚动轴承或采用滚珠导轨也能使手臂运动轻快、平稳。
此外，对了悬臂式的机械手，还要考虑零件在手臂上布置，就是要计算手臂移动零件时的重量对回转、升降、支撑中心的偏重力矩。
机械手臂运动控制系统设计与实现
机械手臂运动控制系统设计与实现一、引言机械手臂是一种重要的自动化设备，广泛应用于工业生产线和其他领域。
机械手臂的运动控制系统对其稳定性和精度至关重要。
本文将探讨机械手臂运动控制系统的设计原理和实现方法。
二、系统设计1. 机械手臂结构机械手臂通常由多个关节和执行器组成。
关节用于实现机械手臂的运动，执行器用于控制关节的力和位置。
根据应用需求和工作空间的限制，可以选择不同的机械结构和关节类型。
2. 传感器选择为了实现机械手臂的精确控制，需要选择适合的传感器来获取关节的位置和力信息。
常用的传感器包括编码器、力传感器、惯性测量单元等。
传感器的选择应考虑其精度、响应速度和适应性。
3. 控制算法选择机械手臂的运动控制算法主要包括位置控制和力控制。
位置控制算法实现机械手臂末端执行器的精确位置控制，力控制算法实现机械手臂对外部力的感知和适应。
常用的控制算法包括PID控制、自适应控制、模糊控制等。
4. 控制器设计根据控制算法的选择，设计机械手臂的控制器。
控制器可以采用单片机、PLC或工控机等嵌入式系统，通过与传感器和执行器的接口，实现对机械手臂运动的控制。
三、系统实现1. 硬件搭建根据系统设计，选择适合的硬件设备组建机械手臂运动控制系统。
包括机械结构、传感器和控制器等。
确保硬件设备的兼容性和稳定性。
2. 软件开发根据选择的控制算法，使用相应的开发工具进行软件开发。
根据实际需求编写控制程序，实现机械手臂的位置控制和力控制。
同时，为系统添加必要的安全保护功能，防止意外发生。
3. 系统测试与调优完成软硬件的搭建和软件开发后，进行系统的测试和调试。
通过对机械手臂的运动和控制性能进行测试，检验系统的稳定性和精度。
根据测试结果进行参数调优，提高系统的性能。
四、应用案例以汽车制造业为例，机械手臂运动控制系统广泛应用于车身焊接、涂装和装配等环节。
通过精确的控制和适应外部力的能力，机械手臂可以实现高效、高精度的汽车生产。
五、总结本文介绍了机械手臂运动控制系统的设计原理和实现方法。
机械手臂的原理
机械手臂的原理机械手臂是一种可以模仿人类手臂动作的机器人装置。
它由多个互相连接的关节组成，每个关节可以在一个或多个平面上运动。
机械手臂通常由感知、控制和执行三个部分组成，其中感知部分用来获取环境信息，控制部分用来处理信息并生成控制指令，执行部分用来根据控制指令进行动作执行。
机械手臂的主要原理可以概括为三个方面：结构设计、运动学和控制系统。
首先，结构设计是机械手臂的基础。
机械手臂通常由关节、连杆、执行器等组成。
关节是连接连杆的旋转或者移动部件，可以使连杆相对于其他部件发生相对运动。
关节有不同的类型，如旋转关节、滑动关节等。
连杆则是两个关节之间的连接部分，用来传递运动和力的。
其次，运动学是机械手臂研究的重要方面。
它关注的是机械手臂的运动规律，包括末端执行器的位置、速度和加速度等。
运动学模型可以描述机械手臂关节的相对运动以及末端执行器的位置和姿态。
通过运动学分析，可以确定给定关节位置时末端执行器的位置和姿态。
最后，控制系统是机械手臂实现自主控制的关键。
控制系统通常由感知、控制和执行三个部分组成。
感知部分用来获取环境信息，如摄像头、传感器等可以用来感知物体位置、形状、力等信息。
控制部分是机械手臂的大脑，根据感知信息处理和分析，并生成相应的控制指令。
执行部分用来执行控制指令，驱动机械手臂完成相应的动作。
控制系统可以采用不同的控制方法，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
机械手臂可以广泛应用于工业生产、医疗保健、军事应用等不同领域。
在工业生产中，机械手臂可以代替人工完成繁重、危险和重复性工作，提高生产效率和质量。
在医疗保健领域，机械手臂可以用于手术辅助、康复训练等，提高手术精度和患者康复效果。
在军事应用中，机械手臂可以用于爆炸物处理、弹药装填等作业，减少人员伤亡和风险。
总之，机械手臂以其灵活性、准确性和高效性被广泛应用于各个领域。
它的原理主要包括结构设计、运动学和控制系统。
通过不断的技术创新和工程实践，机械手臂将在未来发展出更多的应用，并成为人们生活的重要组成部分。
机械手臂的结构设计ppt课件
肘关节摆动：
电机M3→两级同步带传动B3、B3′→减速器R3→肘关节摆动 n3
肩关节的摆动：
电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
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关节型机器人传动 系统图：
腕部旋转局部图例：
世博期间，一旦面临降雨，世博轴也能“轻松应 对”。机施公司透露，世博轴底部还设置了雨水沟渠， 用来收集雨水。除了满足特大暴雨时的蓄洪要求，雨 水在经过处理后，还能用于浇灌和世博轴内“小气候” 的调节。
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一、臂部设计的基本要求
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1．承载能力足：
手臂是支承手腕的部件，设计时不仅 要考虑抓取物体的重量或携带工具的 重量，还要考虑运动时的动载荷及转 动惯性。
五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：
偏转 肘转
俯仰
肩转
腰转
腰转姿态
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五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：
肩关节、肘关节与手腕的协调
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3．关节型机械臂的结构（2）
各运动的实现：
腕部的旋转：
电机M5→减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
腕部俯仰：
典型机构：
液压缸—连杆回转机构： 齿轮驱动回转机构：
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平面四杆机构图例：
双曲柄机构
平面四杆机构
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双摇杆机构
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平面四杆机构演变图例：
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曲柄滑块机构
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双臂机器人手臂结构图例：
运动特点：
1—铰接活塞缸
手臂关节的回转运 动是通过液压缸-连 杆机构实现。控制
机械臂结构设计原理ppt
3．关节型机械臂的结构（1）
存在的运动型式：
机身的旋转运动； 肩关节和肘关节的摆动； 腕关节的俯仰和旋转运动；
各运动的协调： 称为5轴关节型机器人。
五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：
俯仰 偏转 肘转
肩转
腰转
腰转姿态
五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：
肩关节、肘关节与手腕的协调
3．关节型机械臂的结构（2）
工字钢（GB706-88）：
1、工字钢的型号与高度尺 寸h有关，如：10号工字钢 即指其高度尺寸为100mm。 2、其它参数如截面积、单 位长度的理论质量、截面静 力矩等可查相应的设计手册。 3、工字钢的长度按长度系 列购买。如：5~19m。
槽钢（GB707-88）
1、槽钢的型号与高度尺寸 h有关，如：10号槽钢即指 其高度尺为100mm。
各运动的实现：
腕部的旋转：
电机M5→减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5 电机M4→减速器R4→链轮副C4→俯仰运动n4 电机M3→两级同步带传动 B3 、B3′→ 减速器 R3→肘关节摆动 n3 电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
腕部俯仰：
肘关节摆动：
4．极坐标型：
臂部由两个转动 副和一个移动副 组成。产生沿手 臂轴X的直线移 动，绕基座轴Y 的转动和绕关节 轴Z的摆动。其 手臂可作绕Z轴 的俯仰运动，能 抓取地面上的物 体。
三、典型机械臂结构
1．手臂直线运动机构
常见方式：
行程小时：采用油缸或汽缸直接驱动； 当行程较大时：可采用 油缸 或汽缸驱动 齿条传动的倍增机构或采用步进电机或 伺服电机驱动，并通过丝杆螺母来转换 为直线运动。 油缸驱动的手臂伸缩运动结构 电机驱动的丝杆螺母直线运动结构
机械手的四大执行机构
执行机构（1）手部既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。
手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。
传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。
（2）腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。
手腕有独立的自由度。
有回转运动、上下摆动、左右摆动。
一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。
目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。
因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。
（3）臂部手臂部件是机械手的重要握持部件。
它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。
臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。
如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。
因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。
手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。
因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。
（4）行走机构有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。
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现在很多的工厂都在陆陆续续的采用机械臂来替代人工了，这也是工厂现代化生产的必然趋势，毕竟机械手的工作效率高、工作质量稳定，便于管理，支出较少是令所有的工厂老板所没有办法拒绝的。
可是机械臂的结构是怎么样的，相信很多人还是不太了解的，所以下面就来和大家分享一下。
机械手臂根据结构形式的不同分为多关节机械手臂，直角坐标系机械手臂，球坐标系机械手臂，极坐标机械手臂，柱坐标机械手臂等。
右图为常见的六自由度机械手臂。
他有X移动，Y移动，Z移动，X转动，Y转动，Z转动六个自由度组成。
这是比较常见的构造形式之一，对于工业应用来说，有时并不需要机械手臂具有完整的六个自由度，而只需其中的一个或几个自由度。
直角坐标系机械手臂可以由单轴机械手臂组合而成。
单轴机械手臂作为一个组件在工业中应用广泛。
下图为单轴机械手臂。
单轴机械手臂的组件化大大降低了工业设计的成本，因专业制造商拥有良好的质量保证和批量生产的优势，使用组件比自行设计机械手臂更具优势。
常见的直交机械手组合有悬臂式，龙门式，直立式，横立式等样式。
机械手臂一般有3个运动：伸缩、旋转和升降。
实现旋转、升降运动是由横臂和产柱去完成。
手臂的基本作用是将手爪移动到所需位置和承受爪抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量等。
机械手臂由以下几部分组成：
（1）运动元件。
如油缸、气缸、齿条、凸轮等是驱动手臂运动的部件。
（2）导向装置。
是保证手臂的正确方向及承受由于工件的重量所产生的弯曲和扭转的力矩。
（3）手臂。
起着连接和承受外力的作用。
手臂上的零部件，如油缸、导向杆、控制件等都安装在手臂上。
此外，根据机械手运动和工作的要求，如管路、冷却装置、行程定位装置和自动检测装置等，一般也都装在手臂上。
所以手臂的结构、工作范围、承载能力和动作精度都直接影响机械手的工作性能。
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