三自由度圆柱坐标工业机器人
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计34498
综合运用所学知识,搜集有关资料 独立完成三自由度圆柱坐标型工业机 器人操作机和驱动单元的设计工作。
原始数据：自动线上有Ａ，Ｂ两条输 送带之间距离为1.5m，需设计工业器
人将一零件从A带送到B带。 零件尺寸：内孔 ￠100，
壁厚 10，高 100。 零件材料：45钢。
零件实体图
总体方案： 在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最 主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧 的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设 计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需 求确定圆柱坐标型工业机器人，利用步进电机驱 动和谐波齿轮传动来实现机器人的旋转运动；利 用另一台步进电机驱动滚珠丝杠旋转，从而使与 滚珠丝杠螺母副固连在一起的手臂实现上下运动； 考虑到本设计中的机器人工作范围不大，故利用 液压缸驱动实现手臂的伸缩运动；末端夹持器则 采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动
必须为工业机器人和周边设备安装安全护栏，以防止人靠近 而造成伤害。工业机器人的动作范围不能超越护栏。
在护栏出入口的门上必须设置插拔式电接点点开关，其插座 有导线与控制系统的电路连接。只有拔下开关的插头，才能 打开对应的门。这时，工业机器人及周边设备停止运转，并
且将工业机器人锁定在示教模式。
在距操作者的地方设置紧急停止开关。按下此开关，工业机 器人和有关的设备立即停止运转。
杆一起转动。
腰部和基座设计 : 通过安装在支座上的步进电机和 谐波齿轮直接驱动转动壳体转动，从 而实现机器人的旋转运动，通过安装 在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠 丝杠转动实现手臂的上下移动。采用 了双导柱导向，以防止手臂在滚珠丝 杠上转动，确保手臂随机座一起转动。 支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省
谢谢各位老师!
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计引言工业机器人在现代制造业中起着至关重要的作用。
圆柱坐标型工业机器人是一种具有三个自由度的机器人，它可以在三维空间内进行精确的定位和操作。
本文将着重讨论三自由度圆柱坐标型工业机器人的设计原理和关键技术。
一、设计原理三自由度圆柱坐标型工业机器人的设计原理基于坐标变换。
它由一个立柱状的垂直轴和一个平行于地面的基座组成。
机器人的主要部件包括立柱、支撑臂、关节和末端执行器。
机器人的立柱可以在垂直方向上运动，提供Z轴位移。
支撑臂位于立柱的顶部，可以绕水平方向的Y轴旋转，提供Y轴位移。
末端执行器连接在支撑臂的末端，可以绕垂直方向的Z轴旋转，提供X轴位移。
二、关键技术1.位置传感器：为了实现精确的定位和操作，对机器人的运动进行准确的测量是必不可少的。
位置传感器可以用来测量机器人各个关节的角度以及末端执行器的位置信息。
2.逆运动学：逆运动学是指通过末端执行器的位置和姿态计算出机器人各个关节的角度。
通过逆运动学算法，可以实现机器人在三维空间内的精确定位。
3.控制系统：控制系统是三自由度圆柱坐标型工业机器人的核心。
它接收来自传感器的反馈信息，计算机器人的位姿，并输出相应的指令控制机器人的运动。
控制系统需要具备实时性和稳定性，以确保机器人的运动精度和安全性。
4.动力学分析：动力学分析可以帮助我们理解机器人在运动过程中的力学特性。
通过动力学分析，可以确定机器人在给定任务下所需的扭矩和力，并进行相应的力矩配平和选型。
三、设计步骤1.确定任务需求：在开始机器人设计之前，首先需要明确机器人所要完成的任务和工作环境。
2.选择结构参数：根据任务需求和工作环境，选择机器人的结构参数，包括立柱高度、支撑臂长度和末端执行器负载能力等。
3.逆运动学分析：根据机器人的结构参数和任务需求，进行逆运动学分析，得到机器人各个关节的角度和末端执行器的位姿。
4.控制系统设计：设计机器人的控制系统，选择合适的控制算法和硬件设备，实现机器人的运动控制和姿态调整。
圆柱坐标型三自由度机械手设计及其控制
2.1.3 控制机构 在机械手控制上，有点动控制和连续控制两种，大多数用插销板进行点动控制，
也有用 PLC 进行控制，主要控制的是坐标位置。
2.2 机械手的规格参数
抓重：2kg 自由度：3 个 坐标形式：圆柱坐标式 输入电压：220V 或 24V 功率：50W 伸缩行程（X）： 200mm 伸缩速度： 3mm/s 升降行程（Z）： 200mm 升降速度： 3mm/s 回转范围： 0-270 度 回转速度： 20° / s
4 珠丝杠螺母副的选型 ........................................ 10
4.1 提升机构滚珠丝杠副的计算及选型 ................................. 10 4.2 伸缩机构滚珠丝杠副的计算及选型 ................................. 13
3.1 手部设计基本要求 ................................................. 4 3.2 手部手部力学分析 ................................................. 5 3.3 夹紧力与驱动力计算 ............................................... 5 3.4 手爪夹持范围计算 ................................................. 7 3.5 手爪夹持精度的计算 ............................................... 8
2.1 机械手组成 ..................................................... 2 2.2 机械手的规格参数 .............................................. 10
工业机器人技术基础 工业机器人的分类-根据坐标系分类
——笛卡尔坐标系机器人
学习目标
直角坐标机器人
直角坐标型机器人的机械结构形式和特点
圆柱坐标机器人
圆柱坐标系型机器人的机械结构形式和特点
球坐标机器人
球坐标型型机器人的机械结构形式和特点
关节坐标机器人
关节坐标型三种形式机器人的机械结构形式和特点
直角坐标机器人
• 定义：
直角坐标型机器人是一种最简单的结构，其手臂按直角坐标形式配置，即通过三 个相互垂直轴线上的移动来改变手部的空间位置.
• 运动学模型简单； • 末端执行器可以获得较高的速度； • 直线部分可采用液压驱动，可输出较大动
力 • 能够伸入型腔式机器内部 • 相同工作空间，本体所占空间体积比直角
坐标式要小。
• 缺点：
• 手臂可以到达的空间受限 • 末端执行器外伸离立柱轴心越远，
线位移分辨精度越低 • 后臂工作时，手臂后端会碰到工
多品种，便批量的柔性化作业
直角坐标系机器人
悬臂式
分类Leabharlann 龙门式直角坐标机器人
• 悬臂式机器人：
定义：
y
约束在平行于笛卡尔坐标轴x、y、z的方向上移动
特点：
腕的俯仰 z
长度有限，刚性差 约束少，重复性高
腕的横滚
腕的偏摆
腕的横滚
腕的偏摆
x
直角坐标机器人
• 龙门式机器人：
定义： 机座固定于可移动的平面 特点： 精度高、大负载
• 缺点：
• 该坐标复杂，轨迹求解较难，难于控制 • 转动关节在末端执行器上的线位移分辨率是一个变量
关节坐标机器人
• 定义：
关节机器人一般由多个转动关节串联起若干连杆组成， 其运动由前后的俯仰及立
三个自由度工业机器人
工业机器人课程作业报告院（系）名称：机电工程学院作业题目：三自由度圆柱坐标工业机器人班级：姓名：学号：目录1.作业要求 (3)1.1作业目的 (3)1.2作业数据 (3)1.3运动功能图符号(本次作业圆柱坐标型) (3)2.总体设计 (4)2.1组成和关系 (4)2.2设计分析 (4)3.机械系统的设计 (5)3.1末端执行机构设计 (5)3.2手臂机构的设计 (6)3.3机座机构的设计 (7)4.附件 (8)4.1总装图 (8)1.作业要求1.1作业目的1：综合运用所学只是，搜集有关资料，独立完成三自由度圆柱坐标工业机器人操作机和驱动但愿的设计工作。
如驱动元、传动机构、腰身、手臂、手腕、手抓、关节、抓钳尺寸、开合力大小等，至少设计两种以上方案。
(注意：此处无需考虑传感器，控制部分和力学计算)1.2作业数据1：自动线上A、B两条输送带之间距离为1.5米，需设计工业机器人将一个零件从A带送到B带。
2：零件尺寸：内孔Φ100、壁厚10、高100。
3：零件材料：45钢1.3运动功能图符号(本次作业圆柱坐标型)表1-1 运动功能图符号(GB/T12643-90)2.总体设计2.1组成和关系工业机器人在GB/T12643-90定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业”由执行系统、驱动系统、控制检测系统及检测系统组成。
a)机械系统：是执行完成抓取工件，实现抓取动作的必需的机构。
内容保函如下：手部(末端执行器)：直接抓取工件或夹具机构。
臂部：支承腕部的机构，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。
腕部：连接手部和臂部的机构，作用为调整及改变手部的动作。
机座：是机器人的基础部件支承手臂的部件，并承受相应的载荷，作用是带动臂部转动、升降动作。
b)驱动系统：为执行系统提供动力。
常用传动方式有机械传动、液压传动、气压传动和电传动。
c)控制系统：控制驱动系统，使执行系统按照产品的要求以及抓取的工件要求进行相应的动作，当发生系统错误或执行故障时发出提示报警信号。
圆柱坐标型机器人通过
圆柱坐标型机器人的运动规划和控制引言圆柱坐标型机器人是一种常见的工业机器人。
它可以通过旋转基座和伸缩式臂架的组合来实现在三维空间内自由移动和定位。
圆柱坐标型机器人在物流、生产线和仓储等领域起着重要的作用。
在本文中，我们将研究圆柱坐标型机器人的运动规划和控制方法。
运动规划运动规划是指确定机器人在工作空间中的运动轨迹的过程。
圆柱坐标型机器人具有三个关节，分别是旋转基座关节、臂架关节和末端执行器关节。
这三个关节的运动规划是机器人运动规划的核心。
正向运动学正向运动学是指根据机器人各个关节的位置和姿态，推导机器人末端执行器相对于基座标系的位置和姿态的过程。
对于圆柱坐标型机器人，正向运动学可以通过矩阵变换来实现。
具体计算方法可以参考相关的数学和几何学原理。
逆向运动学逆向运动学是指根据机器人末端执行器的位置和姿态，反推机器人各个关节的位置和姿态的过程。
对于圆柱坐标型机器人，逆向运动学的求解方法相对复杂。
可以通过迭代算法和数值计算来实现。
路径规划路径规划是指确定机器人从起始位置到目标位置的最优路径的过程。
对于圆柱坐标型机器人，常用的路径规划方法包括最短路径、最小时间和避障路径规划等。
路径规划算法需要考虑机器人的动力学特性和工作空间的限制。
运动控制运动控制是指通过对机器人关节电机施加适当的控制信号，实现机器人按照规划的轨迹进行运动的过程。
圆柱坐标型机器人的运动控制通常包括速度控制和位置控制两种方式。
速度控制速度控制是指控制机器人各个关节以一定的速度运动。
基于速度控制的方法在某些要求机器人高速运动的场景下非常适用。
可以通过控制关节驱动电机的电压或电流来实现速度控制。
位置控制位置控制是指控制机器人各个关节以一定的位置运动。
位置控制可以精确地控制机器人末端执行器的位置，从而实现精确的定位任务。
位置控制可以通过PID控制器或其他控制算法来实现。
实时控制实时控制是指在运动过程中对机器人进行实时的控制调整。
圆柱坐标型机器人的实时控制可以通过传感器测量机器人关节位置和姿态，并将其与目标位置和姿态进行比较，从而调整控制信号实现实时控制。
机器人机身及行走机构
2．回转与俯仰机身：
机器人手臂的俯仰运动，一般采用活塞 缸与连杆机构实现。手臂俯仰运动用的 活塞缸位于手臂的下方，其活塞杆和手 臂用铰链连接好，缸体采用尾部耳环或 中部销轴等方法与立机器人行走机构
1．行走机构的构成：
机器人行走机构通常由驱动装置、传 动装置、位置检测装置、传感器、电 缆和管路等构成。
构成：
主要由升降缸体、齿条缸、齿轮套筒、固定立柱和升降回 转台等部分构成。
工作原理：
回转运动：
齿条缸的齿条活塞杆直线运动→齿轮套筒6回转运动→齿轮 套筒6 和升降缸体2及升降回转台1固联→升降回转台1 回转
升降运动：
升降缸体2、齿轮套筒6、回转台1整个一起升降运动
齿条活塞缸—升降缸机构图例：
履带式行走机器人图例（1）：
履带式行走机器人图例（2）：
6．脚踏行走机器人：
脚踏行走机器人即步行机器人，典型特 征是不仅能在平地上，而且能在凹凸不 平的地上步行，能跨越沟壑，上下台阶， 具有广泛的适应性。主要设计难点是机 器人跨步时自动转移重心而保持平衡的 问题。
两足步行机器人图例：
控制特点：
四足机器人步行 时，一只脚抬起， 三只脚支撑自重， 这时有必要移动 身体，让重心落 在三只脚接地点 组成的三角形内。
四足机器人图例（2）：
四足机器人图例（3）：
7．其它行走机器人：
爬壁机器人： 车轮和脚混合式机器人：
行走机构设计的注意点：
平稳性-静态和动态的平稳 灵活性—转向、越障、爬坡
这种类型的机器人 主体结构的三个自 由度均为回转运动， 构成机器人的回转 运动、俯仰运动和 偏转运动。通常仅 把回转运动归结为 机身。
9、经验显示，市场自己会说话，市场永远是对的，凡是轻视市场能力的人，终究会吃亏的！21.9.1221.9.12Sunday, September 12, 2021
圆柱坐标式机器人具有几个自由度的特征
圆柱坐标式机器人具有几个自由度的特征圆柱坐标式机器人是一种常见的工业机器人类型，具有很多优势和特点。
圆柱坐标式机器人的自由度是指其能够在三维空间中自由移动和旋转的方向数量。
不同机器人的自由度数目不同，而该特征决定了机器人能够达到的不同位置和姿态。
在圆柱坐标式机器人中，通常有两个旋转自由度和一个线性自由度。
下面将详细介绍圆柱坐标式机器人具有的自由度特征。
1. 旋转自由度圆柱坐标式机器人的第一个旋转自由度是围绕垂直于地面的垂直轴旋转。
这个自由度允许机器人沿垂直方向上移动。
例如，机器人可以在不同的高度上操作和定位工件，从而适应不同的工艺需求。
圆柱坐标式机器人的第二个旋转自由度则是围绕垂直于自身轴的水平旋转。
这个自由度允许机器人在水平平面上进行旋转，从而实现工作空间扩展，使其能够到达更多的位置。
通过这两个旋转自由度，圆柱坐标式机器人可以在三维空间中灵活地移动和定位，以满足不同的生产需求。
2. 线性自由度除了两个旋转自由度，圆柱坐标式机器人还具有一个线性自由度，这允许机器人在垂直于地面的方向上进行上下运动。
线性自由度使得机器人能够改变工作高度，以适应不同高度的工件，从而实现更高的生产灵活性。
由于圆柱坐标式机器人在上述三个自由度上的灵活运动，使得它能够覆盖更大的工作空间，处理更多的工艺操作，并在不同的工业应用场景中发挥重要作用。
3. 相关特点除了上述的自由度特征，圆柱坐标式机器人还具有其他的特点。
首先，圆柱坐标式机器人结构相对简单、刚性强，适用于高精度的重复操作。
其次，圆柱坐标式机器人具有较高的可扩展性，可以根据实际需求进行系统集成和组合，实现更灵活的工作方式。
此外，圆柱坐标式机器人通常具有较大的负载能力和工作半径，适用于各种不同尺寸和重量的工件处理。
最后，圆柱坐标式机器人具有精准的定位和控制能力，能够提高生产效率和质量。
综上所述，圆柱坐标式机器人通常具有两个旋转自由度和一个线性自由度的特征。
这种机器人具备灵活的运动能力，适用于各种高精度的工业应用场景，并具有较大的工作空间和负载能力。
774 圆柱坐标型三自由度机械手设计及其控制
摘 要本设计中机械手可模仿人的动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具 的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，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。
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件的部件， 根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求设计为夹持型。
运动机构，使手 部完成各种转动、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中 任意位置和方位的物体，需有3个自由度。
关键词：机械手，设计，手部，手腕，手臂，机身，结构AbstractRobot arm to mimic certain actions of staff and functions, to capture a fixed procedure, carrying objects or operating tools, automation equipment. It can replace human labor in order to achieve the heavy mechanization and automation of production, can operate in hazardous environments to protect the personal safety, which is widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and nuclear power sectors.Manipulator mainly by hand, sports bodies and the control system has three major components. Task of hand is holding the workpiece of the components, according to grasping objects by shape, size, weight, material and operational requirements of the various structural forms, such as clamp type, care support and the adsorption type, etc. . Sports organizations to accomplish a variety of hand rotation, move, or complex movement to achieve the required action to change the location of objects by grasping and posture. Sports organizations lifting, stretching and rotating the independence movement, is known as freedom manipulator. Crawl space to an arbitrary position and orientation of objects, the need for six degrees of freedom. Freedom is the mechanical design of the key parameters of hand. More freedom, greater flexibility of the manipulator, the more wide versatility。
三自由度圆柱坐标工业机器人
沈阳工程学院课程设计设计题目：三自由度圆柱坐标工业机器人设计系别班级学生姓名学号指导教师职称起止日期：2014年 1 月 6 日起——至 2014 年 1 月17 日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：三自由度圆柱坐标工业机器人设计系别班级学生姓名学号指导教师职称课程设计进行地点： F430，图书馆任务下达时间： 2014 年 1月3日起止日期：2014 年 1 月6日起——至 2014 年 1 月17日止教研室主任2013年 12月 2 日批准三自由度圆柱坐标工业机器人设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：（1）了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术；（2）初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统，并应用于工业机器人的设计中；（3）掌握工业机器人的驱动机构、控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。
1.2 基本要求（1）要求设计一个微型的三自由度的圆柱坐标工业机器人；（2）要求设计机器人的机械机构（示意图），传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。
（3）要有控制系统硬件设计电路。
1.3 发挥部分自由发挥2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；（3）设计过程的资料保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。
2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸；项目齐全、不许涂改，不少于3000字；图纸为A4，所有插图不允许复印。
（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍等）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。
三自由度圆柱坐标型工业机器人
目录目录 (1)中文摘要 (2)Abstract (2)第1章绪论......‥ (3)第2章工业机器人的总体设计 (3)2.1 工业机器人的组成及各部分关系概述 (3)2.2 工业机器人的设计分析 (4)2.2.1 设计要求 (5)2.2.2 总体方案拟定 (5)2.2.3 工业机器人的主要技术参数 (5)第3章工业机器人的机械系统设计 (6)3.1 工业机器人的运动系统分析 (6)3.1.1 机器人的运动概述 (6)3.1.2 机器人的运动过程分析 (7)3.2 工业机器人的执行机构设计 (8)3.2.1 末端执行机构设计 (8)3.2.2 手臂机构设计 (11)3.2.3 腰部和基座设计 (12)3.3 工业机器人的机械传动装置设计‥ (18)3.3.1 滚珠丝杠的选择 (18)3.3.2 谐波齿轮的选择 (19)3.3.3 联轴器的选择 (20)第4章工业机器人的计算机控制系统概述………………………………………………204.1 工业机器人控制系统的特点及对控制功能的基本要求‥ (21)4.2 计算机控制系统的设计方案 (22)4.3 硬件电路的组成 (22)第5章工业机器人运行时应采取的安全措施……………………………………………225.1 安全要求 (22)5.2 实施方法 (23)鸣谢 (23)参考文献…………………………………………………………………………………24中文摘要在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制，计算机系统，机器人等。
而工业机器人是相对较新的电子设备，它正开始改变现代化工业面貌。
本设计为三自由度圆柱坐标型工业机器人，其工作方向为两个直线方向和一个旋转方向。
在控制器的作用下，它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一简单的动作,本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。
关键词：三自由度，圆柱坐标，工业机器人AbstractIndustrially, automatic control systems are found in numerous applications, such as automation machine tool control, computer systems and robotics. Industrial robots are relatively new electromechanical devices that are beginning to change the appearance of modern industry. This scheme introduced a cylindrical robot for three degree of freedom. It is composed of two linear axes and one rotary axis current control only allows these devices move from one assembly line to other assembly line in space, perform relatively simple taskes. This paper is more comprehensive introduction and summing-up for the for the whole design work.Key words：three degrees of freedom, cylindrical, Industrial robot三自由度圆柱坐标型工业机器人设计第一章绪论机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。
圆柱坐标式机器人具有几个自由度
圆柱坐标式机器人具有几个自由度介绍机器人是现代工业中不可或缺的一部分，其在自动化生产线上扮演着重要角色。
圆柱坐标式机器人也是其中一种常见的机器人类型。
它具有特定的结构和工作原理，使得它能够在三维空间内进行多方向运动。
在理解圆柱坐标式机器人的特点之前，我们首先需要了解机器人自由度的概念。
自由度在机器人学中，自由度是指机器人能够独立移动的关节数量。
它决定了机器人的灵活性和运动能力。
自由度的具体数目取决于机器人设计中的关节数量和类型。
在圆柱坐标式机器人中，我们需要考虑关节的类型和其对机器人运动的影响。
圆柱坐标式机器人的结构和工作原理圆柱坐标式机器人是一种基于圆柱坐标系进行运动的机器人。
它由一个固定的底座和一个沿着垂直于底座的轴线移动的手臂组成。
这个手臂类似于柱子，因此得名圆柱坐标式机器人。
圆柱坐标式机器人通常具有三个关节，分别是基座关节、臂关节和手腕关节。
基座关节使得机器人能够在平面上进行旋转运动。
臂关节使得机器人手臂沿着垂直于底座的轴线进行上下移动。
手腕关节使得机器人手腕部分能够在平面内进行旋转运动。
这些关节的独立控制使得机器人能够在三维空间内完成复杂的任务。
圆柱坐标式机器人的自由度分析圆柱坐标式机器人的自由度是根据关节的数量来确定的。
在这种机器人中，有三个关节，因此它的自由度取决于这些关节的类型和相互作用。
考虑到圆柱坐标式机器人具有三个关节，我们可以将每个关节的运动限制归纳如下：1.基座关节：可以在水平平面上进行360度的旋转。
它提供了一个自由度，用于控制机器人在平面上的方向。
2.臂关节：沿着垂直于底座的轴线上下移动。
它提供了一个自由度，用于控制机器人在垂直方向上的高度。
3.手腕关节：使得机器人手腕部分能够在平面内进行旋转。
它提供了一个自由度，用于控制机器人手腕的方向。
综上所述，圆柱坐标式机器人具有三个自由度。
这意味着它可以在三维空间内进行三个独立的运动，从而实现更加复杂的任务和工作。
总结圆柱坐标式机器人是一种常见的机器人类型，具有三个自由度。
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计毕业答辩PPT.
三维动画演示
末端执行机构设计：
采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小
型液压缸驱动夹紧，它的结构形式如
图。内撑连杆杠杆式夹持器采用四连 杆机构传递撑紧力，即当液压缸1工作 时，推动推杆2向下运动，使两钳爪3 向外撑开，从而带动弹性爪4夹紧工 件。该种夹持器多用于内孔薄壁零件
的夹持。
弹性爪 的结构设计: 这种结构是在手爪外侧用螺钉固定弹性
谢谢各位老师!
杆一起转动。
腰部和基座设计 : 通过安装在支座上的步进电机和 谐波齿轮直接驱动转动壳体转动，从 而实现机器人的旋转运动，通过安装 在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠 丝杠转动实现手臂的上下移动。采用 了双导柱导向，以防止手臂在滚珠丝 杠上转动，确保手臂随机座一起转动。 支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省
壁厚 10，高 100。 零件材料：45钢。
零件实体图
总体方案： 在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最 主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧 的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设 计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需 求确定圆柱坐标型工业机器人，利用步进电机驱 动和谐波齿轮传动来实现机器人的旋转运动；利 用另一台步进电机驱动滚珠丝杠旋转，从而使与 滚珠丝杠螺母副固连在一起的手臂实现上下运动； 考虑到本设计中的机器人工作范围不大，故利用 液压缸驱动实现手臂的伸缩运动；末端夹持器则 采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动
必须为工业机器人和周边设备安装安全护栏，以防止人靠近 而造成伤害。工业机器人的动作范围不能超越护栏。
在护栏出入口的门上必须设置插拔式电接点点开关，其插座 有导线与控制系统的电路连接。只有拔下开关的插头，才能 打开对应的门。这时，工业机器人及周边设备停止运转，并
圆柱坐标机器人自由度有几个
圆柱坐标机器人自由度有几个引言在机器人学中，自由度（Degree of Freedom）是指机器人系统中能够独立运动的独立参数的数量。
简单来说，自由度代表机器人在空间中可以自由变动的方向和方式。
不同类型的机器人有不同的自由度数量。
本文将探讨圆柱坐标机器人的自由度数量。
圆柱坐标机器人圆柱坐标机器人（Cylindrical coordinate robot）是一种常见的工业机器人类型，在许多自动化应用中得到了广泛的应用。
与其他类型的机器人相比，圆柱坐标机器人具有特定的结构和特点。
它适用于需要在圆柱坐标系下完成工作的任务，例如切割、焊接、喷涂等。
自由度的定义在机器人学中，自由度是指机器人系统可以以独立运动的方向和方式的数量。
换句话说，自由度表示机器人可以变动的独立参数的数量。
自由度决定了机器人在空间中的灵活性和能够完成的任务类型。
圆柱坐标机器人的自由度圆柱坐标机器人通常由三个旋转关节和一个平移关节组成。
这几个关节可分别控制机器人在坐标系轴上的运动。
根据机器人学原理，可以推导出圆柱坐标机器人的自由度数量。
旋转关节自由度圆柱坐标机器人的旋转关节可使机器人绕着三个互相垂直的轴进行自由旋转。
根据旋转关节的数量，可以推断出机器人在旋转方面的自由度。
圆柱坐标机器人通常具有3个旋转关节，分别控制绕X轴、Y轴和Z轴的旋转。
因此，圆柱坐标机器人在旋转方面具有3个自由度。
平移关节自由度平移关节用于控制机器人在坐标系轴上的平移运动。
圆柱坐标机器人通常具有一个平移关节，用于在Z轴上进行上下平移。
根据平移关节的数量，可以推断出机器人在平移方面的自由度。
圆柱坐标机器人只具有一个平移关节，因此，在平移方面，它只有1个自由度。
自由度总结通过对圆柱坐标机器人旋转关节和平移关节的分析，我们可以得出结论：圆柱坐标机器人具有3个旋转自由度和1个平移自由度。
结论圆柱坐标机器人在空间中具有4个自由度。
其中，3个自由度用于旋转运动，1个自由度用于平移运动。
圆柱坐标机器人的使用范围
圆柱坐标机器人的使用范围圆柱坐标机器人是一种灵活可靠的工业机器人，广泛应用于各种领域。
它以其独特的运动方式和精准的定位能力而受到青睐。
本文将介绍圆柱坐标机器人的使用范围及其在各个领域中的应用。
圆柱坐标机器人的工作原理圆柱坐标机器人采用圆柱坐标系进行定位控制。
它由一个固定的柱体支架和一个可旋转的工作台组成。
工作台上装有机器人的机械臂，机械臂可沿着柱体支架上的导轨滑动，并在工作台上旋转，以达到不同位置的定位。
机械臂通常由多个关节组成，通过电动伺服驱动来控制。
它可以实现各种复杂的运动轨迹，包括水平旋转、垂直运动和径向移动等。
圆柱坐标机器人通过编程控制，可以精确地定位和操作，广泛应用于各种自动化任务。
圆柱坐标机器人的使用范围圆柱坐标机器人具有高度灵活性和可靠性，适用于以下领域：1. 制造业在制造业中，圆柱坐标机器人可用于装配、焊接、喷涂、包装等任务。
由于其可调节的工作台和多关节臂的结构，可实现复杂零件的精确定位和装配。
圆柱坐标机器人可以高效地完成各种任务，提高生产效率和产品质量。
2. 医疗领域在医疗领域，圆柱坐标机器人可用于手术辅助、药物配送和生物实验等任务。
它可以精确地模拟医生的手部运动，并通过计算机辅助进行精确的操作。
圆柱坐标机器人的使用可以减少手术风险，提高手术成功率，并为医生提供更好的操作环境。
3. 精密加工在精密加工领域，圆柱坐标机器人可用于零件加工、打磨和抛光等任务。
由于其高精度的定位和稳定性，可以实现更高质量的加工结果。
圆柱坐标机器人在汽车、航空航天和电子制造等行业中得到广泛应用。
4. 食品加工在食品加工领域，圆柱坐标机器人可用于食品分拣、包装和烹饪等任务。
它可以快速准确地分拣各种形状和大小的食品，并进行包装和烹饪操作。
圆柱坐标机器人的使用可以提高食品加工的效率和卫生质量，减少人力成本和食品浪费。
5. 物流领域在物流领域，圆柱坐标机器人可用于仓储和搬运等任务。
它可以准确地识别和捡取货物，并将其放置到指定位置。
三自由度
0 引言机械手是一种能模拟人的手臂动作，按照设定程序、轨迹和要求，代替人手进行抓取、搬运工件或操持工具的机电一体化自动装置。
三自由度机械手又称3D机械人，能够实现三个自由度方向(水平、垂直和旋转)的抓取或放置物品，具有操作范围大，灵活性好，应用广泛的特点。
可编程控制器(PLC)是一种专门为工业应用而设计的进行数字运算操作的电子控制装置。
由于其具有可靠性高，功能强，编程简单，人机交互界面友好等特性而广泛用于工业控制系统。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环执行元件。
在非超载情况下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数目。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性误差而无累计误差的特点，使其在速度、定位等控制领域应用得非常广泛。
机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式和机械式机械手。
本文设计的三自由度机械手属于混合式机械手，它综合了电动式和气动式机械手的优点，既节省了行程开关和PLC的I／O端口，又达到了简便操作和精确定位的目的。
1 三自由度机械手的系统结构与运动方式三自由度机械手为圆柱坐标型。
图1为机械手结构示意图，机械手手臂的左右运动(水平方向)由伸缩步进电机控制，上下运动(垂直方向)由升降步进电机控制，逆时针和顺时针旋转运动则由底盘直流电机的正反转控制。
机械手的夹紧装置采用关节结构，其夹紧与松开用气压驱动，并由电磁阀控制。
机械手可以根据设定程序的动作将工件从A处搬运到B处。
SQ1，SQ2，SQ5，SQ6为水平和垂直方向上的限位开关，SQ3，SQ4为原点位置和终点位置的光接近开关。
2 三自由度机械手控制系统设计三自由度机械手系统设置了手动工作方式和自动工作方式。
自动方式又分为自动回原点、单步、单周期、连续四种工作方式。
2．1 硬件设计主控制系统选用三菱FX2N系列晶体管输出型PLC，步进电机驱动器选用SH-20403型模块。
机械手的外部接线图如图2所示。
机械手在最上面、最右边，底盘转至光接近开关X3处且夹紧装置松开时称系统处于原点状态。
圆柱坐标机器人特点
圆柱坐标机器人特点
圆柱坐标机器人是一种常用的工业机器人类型，具有独特的特点和优势。
下面将介绍圆柱坐标机器人的特点：
1. 结构简单、稳定
圆柱坐标机器人的结构简单，通常由底座、立柱、横梁和工作台组成，整体稳定可靠。
这种设计使得圆柱坐标机器人在工业生产中能够承担稳定的工作任务。
2. 可实现多轴自由度运动
圆柱坐标机器人可以实现多轴自由度的运动，这使得它在进行复杂的加工和操作时能够灵活自如。
通过控制各个轴的运动，圆柱坐标机器人可以完成各种不同方向和角度的操作。
3. 高精度、高重复性
圆柱坐标机器人具有高精度和高重复性，能够准确地执行预先编程的任务。
这种特点使得圆柱坐标机器人在需要高精度操作的场合下表现出色。
4. 适用范围广泛
圆柱坐标机器人适用于各种行业的生产领域，如汽车制造、电子设备制造、医疗器械制造等。
它可以完成各种不同类型的作业任务，提高生产效率和产品质量。
5. 易于维护和操作
圆柱坐标机器人通常设计简单，易于维护和操作。
操作人员可以通过简单的培训快速上手，同时维护人员也可以轻松进行维护保养工作，确保机器人长时间稳定运行。
结语
总的来说，圆柱坐标机器人具有结构简单、稳定、可实现多轴自由度运动、高精度、适用范围广泛和易于维护操作等特点。
在工业生产中，圆柱坐标机器人扮演着重要的角色，为生产提供了高效、精准的自动化解决方案。
圆柱坐标型机器人的工作原理图
圆柱坐标型机器人的工作原理图圆柱坐标型机器人是一种常用的工业机器人，其工作原理基于圆柱坐标系。
本文将介绍圆柱坐标型机器人的工作原理图，包括机器人的构造和工作原理的基本原理。
1. 机器人构造圆柱坐标型机器人主要由以下结构组成： 1. 基座：机器人的底座，用于支撑和固定机器人的其他部件。
2. 旋转臂：固定在基座上，可绕垂直于基座的轴旋转，实现机器人在水平面内的转动。
3. 伸缩臂：固定在旋转臂的末端，可沿着旋转臂的轴方向伸缩，实现机器人在竖直方向上的伸缩。
4. 转动关节：连接旋转臂和伸缩臂的关节，可使伸缩臂相对于旋转臂进行旋转动作。
5. 手持工具：固定在伸缩臂的末端，用于执行不同的任务，如搬运、装配等。
2. 工作原理圆柱坐标型机器人的工作原理基于圆柱坐标系，通过控制各个关节的运动，使得机器人能够在三维空间内进行精确的定位和运动。
2.1 坐标系圆柱坐标型机器人采用三维圆柱坐标系来描述工作空间，包括旋转角度、伸缩长度和高度三个坐标。
•旋转角度：由旋转臂绕垂直于基座的轴旋转产生，用于控制机器人在水平平面内的定位。
•伸缩长度：由伸缩臂沿旋转臂的轴方向进行伸缩产生，用于控制机器人在竖直方向上的定位。
•高度：描述机器人的垂直定位。
2.2 运动控制由于圆柱坐标型机器人存在旋转臂和伸缩臂两个关节，因此需要通过运动控制系统来控制各个关节的运动，以实现机器人的精确定位和运动。
运动控制系统通常由控制器、传感器和执行器组成。
控制器负责接收用户指令并计算关节的运动轨迹，传感器用于实时获取机器人的姿态信息和环境信息，执行器则根据控制器的指令将机器人的各个关节进行精确的运动。
在运动控制过程中，控制器需要根据用户指令和传感器反馈来计算关节的运动轨迹。
通过控制旋转臂和伸缩臂的运动，机器人能够在三维空间内完成复杂的任务，如搬运、装配等。
3. 应用领域圆柱坐标型机器人由于其广泛的应用领域，被广泛应用于以下领域：1.汽车制造：圆柱坐标型机器人可用于汽车生产线上的自动装配、焊接、喷涂等任务。
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三自由度圆柱坐标型工业机器人设计
学院：机电工程学院
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1.末端执行机构设计
采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧，它的结构形式如图。
内撑连杆杠杆式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，即当液压缸1工作时，推动推杆2向下运动，使两钳爪3向外撑开，从而带动弹性爪4夹紧工件。
该种夹持器多用于内孔薄壁零件的夹持。
2.弹性爪的结构设计:
这种结构是在手爪外侧用螺钉固定弹性片两端。
当弹性手工作时，由于夹紧过程具有弹性，就可避免易损零件被抓伤、变形和破损。
3.手臂机构的设计
本设计中手臂由滚珠丝杠驱动实现上下运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手
臂随机座一起转动。
它的结构如下图。
选用轴向脚架型液压缸，活塞杆末端为外螺纹结构，手臂与末端执行器连同活塞杆一起转动。
4.腰部和基座设计
1——支座，2——步进电机，3——谐波齿轮，4——转动机座5——支承槽钢梁，6——滚珠丝杠，7——导向柱，8——锥环无键联轴器
通过安装在支座上的步进电机和谐波齿轮直接驱动转动壳体转动，从而实现机器人的旋转运动；通过安装在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠丝杠转动实现手臂的上下移动。
采用双导柱导向，防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。
支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省材料，它的结构如上图。
5.驱动方式的选择
由上表知步进电机应用于驱动工业机器人有着许多无可替代的
优点，如控制性能好，可精确定位，体积较小可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用机械手等，所以本设计采用它来实现机器人的旋转和上下移动。
选电机为BF反应式步进电机，型号为：90BF001。
由上表知,液压驱动方式反应灵敏,可实现连续轨迹控制,液体压力高，可获得较大的输出力,因此机器人的伸缩运动采用液压驱动方式来实现,从而使机器人容易找准工件。
它的型号为Y-HG1-C50/28×100LJ1HL1Q，它的主要技术参数如下表
6.工业机器人的计算机控制系统概述
工业机器人具有多个自由度，每个自由度一般包括一个伺服机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。
这种多变量的控制系统，一般要用计算机来实现。
因此，机器人控制系统也是一个计算机控制系统。
控制系统的功能是控制机器人操作机的运动和操作以满足作业的要求。
在作业中机器人的工作任务是要求操作机的末端执行器按点位或轨迹运动，并保持设定的姿态。
在运动中或在规定的某点位执行作业规定的操作。
7.工业机器人运行时应采取的安全措施
工业机器人能代替人在危险有害的环境中作业，但又给人另一种危险，即机器人伤人事故。
这是工业机器人安全管理的最为重要的一条原则。
此外，除了通用的工业安全规程外,还要注意工业机器人的特殊性，采取相应可靠的对策。
对工业机器人应用工程的安全要求有如下几条：
必须为工业机器人和周边设备安装安全护栏，以防止人靠近而造成伤害。
工业机器人的动作范围不能超越护栏。
在护栏出入口的门上必须设置插拔式电接点开关，其插座有导线与控制系统的电路连接。
只有拔下开关的插头，才能打开对应的门。
这时，工业机器人及周边设备停止运转，并且将工业机器人锁定在示教模式。
在距操作者的地方设置紧急停止开关。
按下此开关，工业机器人和有关的设备立即停止运转。