自动上下料机械手运动学分析及仿真
缸套类产品自动生产线的上下料机械手运动学设计
机 电产 品 开笈 与 钏 新
Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ＆ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ＆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ
Ｋｉ ｎ ｅ ｍａ ｉ ｔ ｃ ｓ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｌｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｕｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｆ ｏ ｒ Ｌｉ ｎ ｅ ｒ Ｐｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｉ ｔ ｃ Ｐｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉ ｔ ｏ ｎ Ｌ ｉ ｎ ｅ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｌ ｉ ｎｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ； Ｍ ａ ｎ ｉ ｐｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ；ｋ ｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ
０ 引 言
机 械手 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
１ 机 械 手 结构 设 计圈
设 计 目的 是 利 用 机 械 手 完 成 缸 套 生 产 线 上 数 控 机 床
的 自动 上下 料 工作 。上 下 料机 械 手臂 是在 圆柱 坐标 型 机 器人 的基础 上 又添 加 了一 个基 座 的移 动 副 ，以及 机 械 手 腕 关节 的转 动 副 。 因此 ，该机 械 手臂 具有 三 个 直线 方 向 的运动 ，以及 两个 旋转 运 动 ，共 五个 自由 度 。图 ｌ为 自 动 上下 料机 械 手机 构 简 图 ，图 ２为上 下料 机 械 手三 维 模
自动上下料机械手运动学分析及仿真
Ｋ ｅ ｒ ｓ： ｙ ｗｏ ｄ Ａｕｔ － ａ ｅ ｉ ｌ ｅ ｄｉ ｇ ｍ ａ ｉ ｕｌ ｔ ； ｎ ｍ ａ ｉ ａ ｙｓｓ Ｓ ｍ ｕ ａｔｏ ｏ ｍ ｔ ｒｅ ｅ ｎ ｎ ｐ ａ ｏｒ Ｋｉ ｅ ｆ ｔｃａｎ ｌ ｉ ； ｉ ｌ ｉ ｎ
ｓ ｕｔｒ ｏ ｈｓｅｄｎ ａｉｕａｏ ａ ｚｄｉ ｅ ｉｗ ｉ ｉ ｍ ｔ ｓ ｑａｉｎｉｅｔ ｌｈｄｗｔ — ｔ ｃｕｅ ｆｔｉｆｅ ｉ ｍ ｎｐ ｌ ｒｓ ｌ ｅ ｄｔ ｌ ｈｃ ｋｎ ａｉ ｕｔ ｓ ｂｉ ｅ ｉ Ｄ ｒ ｇ ｔ ｉａ ｙ ｎ ｎ ａ ， ｈ ｅ ｃｅ ｏ ｓ ａｓ ｈ Ｈ ｍ ｔｏｓ ｈ ａ ｅｔ ｅ， ｅ ｏ ａｄａｄｉｖｒｅｋｎｍ ｔｓｏ ｈｓｍ ｎｐ ｌ ｏ ｒ ｎｌ ｅ ， ｄｔｅ ｅｈｄ． ｔｅｓｍ ｉ ｔ ｆｒ ｒ ｅｓ ｉｅ ａｉ ｉ ａｉｕａ ｒａｅａａ ｚｄａ Ａｔ ｍ ｈ ｗ ｎ ｎ ｃ ｆｔ ｔ ｙ ｎ ｈ
ｌ ｏ ｅｉｅ ｅｒ ． ｔ ａｅ ｎｔｅｍ ｎ ｕａｏ’ ３ ｏ ｅ ｓ ｂｉ ｅ ｉ ｌ Ｗｏｋ 一 ｔ ｓ ａ ｒｉ ｖｒ ｄｔ ｂ ‘ Ａｔａ ， ｓｄｏ ａ ｉ ｌ ｒＳ Ｄ ｍ ｄ Ｚ ｔ ｌｈ ｄｗｔ Ｓ ｉ ｒｓ ｉ ｆ ｏ ｌ ｂ ｓ ｈ ｐ ｔ ｅａ ｓ ｈｏ ｄ ｓ
到上下料轨迹曲线。仿真结果符合工作过程的实际情况， 说明该机械手运动学方程是有效的。
关 键词 ： 自动上下 料机械手 ； 运动学分 析 ； 仿真
【 ｂｔ ｃ】 ａｅ ｎｔｅＣ Ｃ ｍ ｃ ｉ ｏｌ－ｏｏ ｍ ｎ ａｔ ｉ ｓ ｍ ｌ ｏｔ ｎ ｎｔｎｔ Ａ ｓ ａｔ Ｂｓｄｏ Ｎ ａｈｎ ｔ ｓ ｒ ｔ ａ ｕ ｕ ｎ ｓ ｔ ｙｕ ａｄ ｕｃ ｏ ， ｅ ｒ ｈ ｅ ｏ ｂ ｆ ｒｇ ｙ ｅ ａ ｆ ｉ ｈ ｃ
物料抓取机械手的设计与仿真
2.3运动仿真的实现方法
2.3运动仿真的实现方法
运动仿真主要通过计算机辅助设计软件来实现。这些软件通常具有强大的建 模和分析功能，可以建立详细的机械系统模型，并进行动态性能分析和优化。此 外，一些软件还提供了与控制系统仿真工具的集成，以实现整个系统的联合仿真。
三、总结
三、总结
物料抓取机械手的设计及运动仿真在自动化生产中具有极其重要的意义。通 过对机械手结构的合理设计、动力学模型的精确建立以及驱动系统的优化，可以 有效地提高机械手的性能和质量。通过运动仿真可以有效地预测和解决潜在的问 题，提高设计成功率，降低制造成本。随着技术的不断发展，我们有理由相信， 更加高效和智能的物料抓取机械手将会在未来的自动化生产中发挥更加重要的作 用。
二、运动仿真
2.1运动仿真简介
2.1运动仿真简介
运动仿真是在设计阶段对机械系统进行模拟分析和验证的方法。通过运动仿 真，可以在实际制造之前发现和解决潜在的问题，提高机械系统的性能和质量。
Hale Waihona Puke 2.2运动仿真的应用2.2运动仿真的应用
在物料抓取机械手的设计中，运动仿真可用于验证结构设计、优化动力学模 型以及评估抓取策略的可行性。通过运动仿真，可以模拟机械手的实际运动过程， 并精确计算出抓取时间、抓取位置、抓取力度等关键参数，为实际制造提供重要 参考。
物料抓取机械手的设计与仿真
01 引言
03 模拟仿真 05 总结
目录
02 阐述设计 04 实验制作 06 参考内容
引言
引言
随着工业自动化的不断发展，机器人技术已经成为现代生产过程中不可缺少 的一部分。其中，物料抓取机械手作为一种重要的机器人技术，被广泛应用于自 动化生产线上。本次演示将介绍物料抓取机械手的设计与仿真，首先阐述机械手 的设计思路和结构原理，然后介绍模拟仿真的方法，最后讨论实验制作的过程、 难点及解决方法。
连续冲压自动上下料机器人的结构设计与仿真研究
连续冲压自动上下料机器人的结构设计与仿真研究连续冲压自动上下料机器人的结构设计与仿真研究近年来，随着制造业的发展，机器人技术在生产线上扮演着越来越重要的角色。
特别是对于连续冲压工艺而言，自动上下料机器人成为不可或缺的设备。
本文将对连续冲压自动上下料机器人的结构设计与仿真研究进行探讨。
首先，我们需要了解连续冲压工艺的基本原理。
连续冲压是一种高效率的冲压工艺，可连续加工金属材料，极大提高了生产效率和产品质量。
然而，由于其高速和高频率的操作，传统的人工上下料已不能满足要求，因此需要引入自动化设备。
在结构设计方面，连续冲压自动上下料机器人需要满足以下要求：1. 稳定性和刚度性。
由于冲压过程中存在冲压力、震动等外部力和因素的影响，机器人需要具备良好的稳定性和刚度性，以确保上下料的准确性和稳定性。
2. 灵活性和适应性。
由于不同产品的连续冲压需求会有所不同，机器人需要具备一定的灵活性和适应性，以满足不同尺寸和形状产品的自动上下料需求。
3. 操作简便性。
机器人的操作需要简单易学，可以通过人机交互界面进行操作，提高操作人员的工作效率。
基于以上要求，我们设计了一种基于六自由度机械臂的连续冲压自动上下料机器人。
该机器人结构主要由机械臂、控制系统和上下料工具组成。
机械臂采用六自由度设计，可以进行多样化的动作，满足不同产品的上下料需求。
控制系统通过各个关节的电机控制，实现机械臂的精准运动控制。
上下料工具可以根据不同产品进行更换，以满足不同尺寸和形状产品的上下料需求。
接下来，我们进行了连续冲压自动上下料机器人的仿真研究。
通过使用Solidworks等CAD软件对机器人进行三维建模，模拟机械臂的运动轨迹和工作空间。
同时，通过使用MATLAB等仿真软件，对机器人的控制系统进行仿真，验证控制算法的可行性和准确性。
仿真结果显示，机器人在进行连续冲压自动上下料过程中，具备较好的上下料精确性和稳定性，满足了工艺要求。
综上所述，连续冲压自动上下料机器人的结构设计与仿真研究对于提高生产效率和产品质量具有重要意义。
机械手的运动学参数辨识与分析
机械手的运动学参数辨识与分析机械手是一种能够模拟人类手臂动作的装置，广泛应用于工业、医疗和军事等领域。
在机械手设计和控制中，运动学参数是非常重要的。
正确辨识和分析机械手的运动学参数可以帮助我们更好地理解和控制机械手的运动特性。
运动学参数是机械手描述其位置和姿态的重要指标。
通过准确测量和定量分析机械手的运动学参数，可以了解机械手在空间中的位置和旋转状态，从而更好地进行运动规划和动作控制。
运动学参数包括关节角度、关节长度、关节速度和关节加速度等信息。
首先，我们需要了解机械手系统的结构和组成。
机械手通常由若干个关节组成，每个关节都可以在特定范围内进行旋转或伸缩。
每个关节的旋转或伸缩运动都有自己的角度范围和速度限制。
了解机械手系统的结构和关节限制是准确辨识运动学参数的基础。
运动学参数辨识是指通过实际观测和测试数据，利用数学模型和算法，计算出机械手的运动学参数。
具体来说，可以通过以下几种方法进行运动学参数辨识。
第一种方法是基于传感器数据的辨识。
在机械手上安装合适的传感器，例如编码器、惯性测量单元等，可以实时获取机械手的运动数据。
通过分析传感器数据，可以计算出机械手的关节角度、速度和加速度等运动学参数。
第二种方法是基于运动规划的辨识。
通过事先规划一系列已知轨迹和动作，然后观察机械手在执行这些动作时的运动行为，可以得到机械手的关节角度和位置信息。
通过对比已知规划与实际运动的差异，可以对机械手的运动学参数进行辨识。
第三种方法是基于动力学模型的辨识。
机械手的运动学参数与其动力学特性有密切关系。
通过建立机械手的动力学模型，并利用系统辨识的方法，可以从实际运动数据中反推出机械手的运动学参数。
无论采用哪种方法进行运动学参数辨识，都需要进行精确的数据处理和算法分析。
在实际应用中，常常需要根据实际情况对辨识结果进行优化和修正，以提高运动学参数的准确性和可靠性。
在完成运动学参数辨识之后，我们可以进行进一步的参数分析。
通过对运动学参数的分析，可以评估机械手的运动特性和性能，发现潜在问题并进行改进。
机械手臂运动学分析与动态模拟仿真研究
机械手臂运动学分析与动态模拟仿真研究机械手臂作为一种重要的工业自动化设备，广泛应用于生产线自动化、危险环境操作等场景。
而机械手臂的运动学分析和动态模拟仿真则成为提高其操作精度和准确性的关键环节。
本文将介绍机械手臂的运动学分析和动态模拟仿真，并探讨其在工业领域的应用。
首先，机械手臂的运动学分析是研究机械手臂在空间中的位置、速度和加速度等运动学参数的科学。
通过运动学分析可以获得机械手臂的关节变量与末端执行器姿态之间的关系，从而掌握机械手臂的运动规律。
在运动学分析中，通常采用基于Denavit-Hartenberg（D-H）坐标系的方法，通过建立坐标系和连接关节的转动矩阵，计算机械手臂各关节的位姿和运动学参数。
运动学分析的结果可以为后续的轨迹规划、动力学分析提供基础。
其次，机械手臂的动态模拟仿真是通过数学建模和仿真技术，模拟机械手臂在工作过程中的运动状态和力学行为。
动态模拟仿真可以帮助优化机械手臂的设计和控制策略，预测机械手臂在不同工作负荷下的性能，并评估其工作空间、作业速度等参数。
在动态模拟仿真中，需要考虑机械手臂的惯性、摩擦、关节驱动力矩等因素，通过建立动力学方程和数值模型，求解机械手臂的运动状态和关节力矩。
动态模拟仿真可以准确反映机械手臂的动态性能，为实际操作提供指导和参考。
机械手臂的运动学分析和动态模拟仿真在工业领域具有广泛的应用价值。
首先，运动学分析可以为机械手臂的轨迹规划和路径规划提供基础，根据末端执行器所需的姿态和位置，计算关节角度，使机械手臂能够按照要求进行准确的操作。
其次，动态模拟仿真可以辅助机械手臂的设计和改进。
通过模拟机械手臂在不同负荷下的工作状态，评估机械结构的稳定性和承载能力，为机械手臂的优化设计提供参考。
此外，动态模拟仿真还可以对机械手臂的控制策略进行验证和优化，提高机械手臂的运动精度和响应速度。
总之，机械手臂的运动学分析和动态模拟仿真是研究机械手臂运动规律和性能的重要手段。
上下料机械手的运动学及动力学分析与仿真的开题报告
上下料机械手的运动学及动力学分析与仿真的开题报告一、选题背景及意义上下料机械手是自动化生产中常用的智能机械装置，其能够将原材料或成品从一个位置自动地移动到另一个位置。
随着现代工业自动化技术的不断发展，上下料机械手的应用越来越广泛。
本项目将研究上下料机械手的运动学及动力学分析与仿真，具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、研究内容和技术路线本项目将重点研究上下料机械手的运动学和动力学分析。
其中，运动学分析是通过研究机械手的运动轨迹和姿态变化、末端执行器的定位精度和控制等问题，建立机械手的运动学模型。
动力学分析则是研究机械手在运动过程中所受到的各种力和力矩的大小、方向和作用点等问题，进而建立机械手的动力学模型。
通过对机械手的运动学和动力学进行建模，可以实现对机械手的仿真分析，验证机械手的运动是否符合预期和要求。
具体的技术路线如下：1. 对上下料机械手进行建模，包括机械手的结构、末端执行器的类型、传动机构和控制系统等方面的参数。
2. 进行运动学分析，根据机械手的运动学模型，分析机械手在空间中的运动轨迹、姿态变化和执行器的控制算法等问题。
3. 进行动力学分析，建立机械手的动力学模型，分析机械手在运动过程中所受到的力和力矩等问题。
4. 实现上下料机械手的仿真系统，通过对机械手的仿真分析，验证机械手的运动是否符合预期和要求。
5. 进行仿真结果分析，对机械手的性能进行评估和优化。
三、预期成果本项目拟实现上下料机械手的运动学和动力学分析，建立机械手的运动学和动力学模型，实现机械手的仿真系统，并进行仿真结果分析，对机械手的性能进行评估和优化。
预期成果包括：1. 机械手的运动学和动力学模型；2. 机械手的仿真系统；3. 仿真结果分析报告。
四、研究团队及时间计划本项目的研究团队由一名指导老师和三名本科生组成。
时间计划如下：第一阶段：文献调研和基础理论学习（1个月）第二阶段：机械手建模和运动学分析（2个月）第三阶段：机械手动力学分析和仿真系统实现（2个月）第四阶段：仿真结果分析和报告编写（1个月）五、经费预算本项目所需的经费预算主要用于购置计算机、软件和实验用材料等方面。
物料抓取机械手设计及运动仿真
物料抓取机械手设计及运动仿真随着工业自动化的不断发展，越来越多的制造和加工过程采用机器人和自动化设备来完成。
其中，物料抓取机械手的设计和运动仿真对于实现自动化生产流程的高效运行具有至关重要的作用。
本文将介绍物料抓取机械手的设计要点及运动仿真的重要性，并探讨相关的问题及解决方案。
物料抓取机械手的设计首先需要确定其结构形式和基本参数。
一般而言，机械手主要由手部机构、腕部机构和臂部机构组成。
手部机构负责抓取物料，腕部机构则负责手腕的姿态调整，臂部机构支持机械手的移动。
根据实际生产需要，可在设计中针对不同的物料特性和抓取要求进行结构优化。
物料抓取机械手的运动过程中涉及到复杂的动力学关系。
因此，在设计中需要建立相应的动力学模型，以实现精确的运动控制和抓取策略。
动力学模型需要考虑重力、摩擦力、空气阻力等各种外部力的影响，同时还需要机械内部的动态特性。
物料抓取机械手的驱动系统是实现抓取动作的关键部分。
根据不同的应用场景和性能需求，可选择不同的驱动方式，如液压驱动、气压驱动、电动驱动等。
在设计中，需要根据实际情况选择合适的驱动方式和驱动元件，并综合考虑驱动系统的布局和重量等因素。
运动仿真是在设计阶段对机械系统进行模拟分析和验证的方法。
通过运动仿真，可以在实际制造之前发现和解决潜在的问题，提高机械系统的性能和质量。
在物料抓取机械手的设计中，运动仿真可用于验证结构设计、优化动力学模型以及评估抓取策略的可行性。
通过运动仿真，可以模拟机械手的实际运动过程，并精确计算出抓取时间、抓取位置、抓取力度等关键参数，为实际制造提供重要参考。
运动仿真主要通过计算机辅助设计软件来实现。
这些软件通常具有强大的建模和分析功能，可以建立详细的机械系统模型，并进行动态性能分析和优化。
一些软件还提供了与控制系统仿真工具的集成，以实现整个系统的联合仿真。
物料抓取机械手的设计及运动仿真在自动化生产中具有极其重要的意义。
通过对机械手结构的合理设计、动力学模型的精确建立以及驱动系统的优化，可以有效地提高机械手的性能和质量。
数控车床自动上下料机械手结构设计和实现机械设计和自动化专业论文设计
目录摘要 (I)Abstract...................................................................................................................... I I 引言 (1)1 研究目标 (2)1.1数控车床自动上下料机械手的研究目的及意义 (2)1.2数控车床自动上下料机械手国内外发展趋势 (2)2 数控车床自动上下料机械手的设计方案 (4)2.1机械手结构的设计 (4)2.1.1机械手的结构类型 (4)2.1.2数控车床自动上下料机械手结构采用方案 (4)2.2数控车床自动上下料机械手手部设计 (5)2.2.1机械手手部的设计要求 (5)2.2.2手爪结构的采用方案 (6)2.3数控车床自动上下料机械手腕部设计 (7)2.4数控车床自动上下料机械手手臂设计 (8)2.5数控车床自动上下料机械手机身机座设计 (9)2.6数控车床自动上下料机械手驱动系统设计 (10)2.6.1驱动系统的分类 (10)2.6.2驱动系统采用方案 (12)2.7数控车床自动上下料机械手传动设计 (12)2.8数控车床自动上下料机械手定位与稳定性设计 (12)2.8.1影响定位精度及平衡的因素 (12)2.8.2平衡机构分类 (13)2.8.3平衡机构采用方案 (13)3 理性分析计算以及主要参数确定 (14)3.1液压传动系统相关计算 (14)3.1.1液压系统方案选择 (14)3.1.2执行元件的选择 (14)3.1.3液压源系统的设计 (14)3.1.4液压传动系统参数确定 (15)3.1.5执行元件计算 (18)3.2电机的选择以及参数计算 (19)3.2.1电机参数计算 (19)3.2.2电机选型 (21)4 数控车床自动上下料机械手控制系统设计 (23)4.1机械手的工作流程 (23)4.2数控车床自动上下料机械手操作面板 (24)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (28)摘要本课题针对于数控车床而设计了结构圆柱坐标型的自动上下料机械手。
上料机械手的设计及Inventor运动仿真 精品
（）任务书专业班级姓名一、课题名称：上料机械手的设计及Inventor运动仿真二、主要技术指标：主要参数的确定a）坐标形式：直角坐标b) 臂的运动行程：伸缩运动100mm，回转运动150°c）运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可d）控制方式：起止设定位置e）定位精度：±0.5 mmf ) 手指握力：392Ng) 驱动方式：气压驱动三、工作内容和要求：原始数据及资料㈠原始数据：a）生产纲领：1000件（两班制生产）b) 自由度（四个自由度）c）臂转动150°d）上下运动500 mme）臂伸长（收缩）100 mm㈡设计要求a）上料机械手结构图，装配图，各主要零件图（一套）b) 气压原理图（一张）c）机械手三维造型及运动模拟仿真d）设计说明书（一份）四、主要参考文献：[1]王淳.气动技术.中国轻工业出版社.20XX[2]王承义．其应机械手及用[M]．北京：机械工业出版社，1981[3]王承义．机械手及其应用[M]．北京：机械工业出版社，1981．[4]廖常处．PLC编程及应用[M]．机械工业出版社，20XX．[5]黎树明等．工程船液压传动装置．北京：人民交通出版社，1984[6]凌勇坚．绞车气动刹车装置的设计．机械，20XX(4)[7]许伟达，凌勇坚．气压操作系统的设计．液压与气动，20XX (3)[8]林国重等．液压传动与控制．北京：北京理工大学出版社．1986[9]官忠范等．液压传动系统．北京：机械工业出版社，1981[10]膪启贤主编自动机械设计．北京：轻工业出版社出版．1987[11]黄锡凯,邦文纬主编机械原理北京：高等教育出版杜.1981[12]棘灏主编机械设计手册．北京：化工业出版社出版．1991学生（签名）年月日指导教师（签名）年月日教研室主任（签名）年月日系主任（签名）年月日（）开题报告设计（）题目上料机械手的设计及Inventor运动仿真一、选题的背景和意义自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，机器人技术不再局限于传统的工业和制造业，已被应用于众多领域。
上下料机械手虚拟仿真设计
上下料机械手虚拟仿真设计[摘要]：本论文介绍用proe和matlab对上下料机械手执行机构进行建模与仿真的过程，针对机械手机构、动力耦合模型。
首先分析执行机构的动力学模型，然后对工作机构进行三维基础建模，并在此模型基础上用matlab 软件对正运动学进行分析仿真模拟。
仿真结果改进和完善了该款上下料机械手执行机构的整体设计方案，同时也降低了研发成本，提高了机械手设计开发的效率和可靠性。
[关键词]：执行机构动力耦合模型虚拟仿真模型引言自动上下料装置作为机械手应用的一个重要方面，国外的高端机床很广泛的应用该装置，这种装置作为机床的附属装置，配合机床的动作，自动的完成工件的上下料动作，不仅动作快速，而且重复定位精度高。
虚拟仿真设计是机器人发展的趋势，它能通过建立虚拟样机代替传统的物理样机再进行动力学分析，为设计提高了效率并为企业降低研发成本，也使得装置具有更加灵活的安装系统，扩大了机械手的运用范围。
本论文介绍对上下料机械手执行机构进行建模与仿真的过程，针对工作装置的机构的机械和动力耦合模型，首先分析执行机构的动力学模型，然后对工作机构进行三维建模，然后并在此模型基础上用matlab 软件对正运动学分析进行仿真模拟。
1.工作装置机构及典型工况动力学分析机械臂工作装置的结构型式分为有铲斗托架和无铲斗托架两种，上下料机械手工作装置作业时的动作与一个取物机器人很相似，它是由动臂相对回转装置的旋转关节、回转机构的回转关节、斗杆绕动臂末端的旋转关节以及铲斗绕斗杆末端的旋转关节构成的1r-3p 系统。
此工作装置具有四个自由度。
本论文用的是d-h齐次变换矩阵方法描述相邻两杆件的平移、转动关系。
d-h方法通过在各关节建立局部坐标系，然后根据各关节的结构参数，依据一定准则来确定局部坐标系到全局坐标系的对应关系。
其核心是各个坐标系的映射关系即其基本变换矩阵。
根据d-h坐标系的建立手段，首先是要给每个连杆机构确定好局部的坐标系，各坐标系所建立的坐标轴是根据下列原则确定：z轴沿着关节的运动轴；x轴正垂直于z轴的位置；y轴按右手坐标系定则要求进行设建。
机械工程中机械手的运动学建模与仿真
机械工程中机械手的运动学建模与仿真在机器人工程领域，机械手是一种重要的装置，常被应用于工业自动化、医疗等领域。
机械手的运动学建模与仿真是研究机械手运动规律的关键步骤，它可以帮助工程师更好地设计和控制机械手的运动。
机械手的运动学建模是通过建立坐标系、分析机械手各关节之间的运动学关系，推导出机械手的位置、速度和加速度等关键参数。
通过运动学建模，可以定量描述机械手的运动规律，为后续的控制和优化提供了基础。
在建立机械手的运动学模型时，需要首先选择适当的坐标系。
坐标系的选择应该以简化运动学模型和方便运动分析为原则。
一般来说，选择靠近机械手基座的坐标系作为基准坐标系，然后定义各个关节的运动坐标系。
采用逆运动学方法来推导机械手的运动学关系更为常见。
逆运动学方法通过已知机械手末端的位置和朝向，求解出各关节的位置和角度。
在机械手的运动学建模过程中，需要考虑到各个关节之间的约束条件。
机械手的关节通常受到长度、角度和法向等约束条件的限制。
这些约束条件需要在运动学模型中考虑进去，确保模型的准确性和可靠性。
建立好机械手的运动学模型后，可以利用计算机仿真软件进行仿真分析，验证机械手的运动规律和性能。
计算机仿真软件可以通过输入机械手的运动学模型和控制算法，模拟机械手的实际运动过程，并输出关键的运动参数和性能指标。
机械手的仿真分析可以帮助工程师进行多种场景的模拟和评估。
例如，可以通过仿真分析来验证机械手的工作空间是否满足要求，是否能够完成特定的任务。
同时，仿真分析还可以评估机械手的性能指标，如定位精度、响应速度等。
这些分析结果可以为工程师提供优化设计和系统调优的依据。
为了提高机械手的运动学建模与仿真的准确性和效率，研究者们还提出了一些先进的方法和技术。
例如，利用虚拟现实技术，可以将机械手的运动过程以三维的形式呈现出来，帮助工程师更加直观地理解机械手的工作原理和性能。
另外，采用基于物理仿真的方法，可以更加真实地模拟机械手在实际工作环境中的运动过程。
《一种新型串并混联上下料机械手分析与设计》范文
《一种新型串并混联上下料机械手分析与设计》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的不断发展，上下料机械手在工业生产中的应用越来越广泛。
本文提出了一种新型的串并混联上下料机械手，通过分析其工作原理、运动特点以及设计要素，旨在为该机械手的优化设计提供理论依据和实践指导。
二、机械手工作原理及运动特点分析1. 工作原理新型串并混联上下料机械手采用串并混联机构，通过电机驱动，实现多个执行机构的协同运动。
该机械手具有抓取、搬运、定位等功能，可实现高效、精准的上下料作业。
2. 运动特点该机械手具有以下运动特点：（1）多轴联动：通过串并混联机构，实现多轴联动，提高作业效率。
（2）高精度定位：采用高精度传感器和控制系统，实现精准的定位和抓取。
（3）高灵活性：机械手结构紧凑，可在狭小空间内进行作业，具有较高的灵活性。
三、机械手设计要素分析1. 结构设计新型串并混联上下料机械手的结构设计包括机械主体、执行机构、传感器等部分。
其中，机械主体采用高强度材料制成，具有较高的承载能力和抗冲击性能；执行机构采用串并混联机构，实现多轴联动；传感器用于实时监测机械手的运动状态和抓取情况。
2. 动力学设计在动力学设计方面，需要考虑机械手的运动速度、加速度、力矩等参数。
通过合理的动力学设计，确保机械手在运动过程中具有较高的稳定性和可靠性。
3. 控制系统设计控制系统是机械手的核心部分，采用高精度传感器和先进的控制算法，实现精准的定位和抓取。
同时，控制系统还需要具备较高的实时性和可靠性，以确保机械手在复杂的工作环境中能够稳定运行。
四、新型串并混联上下料机械手的设计优化针对新型串并混联上下料机械手的实际需求，可以从以下几个方面进行设计优化：1. 提高运动性能：通过优化机械结构设计，提高机械手的运动速度、加速度和力矩等参数，从而提高其作业效率。
2. 增强稳定性：通过优化动力学设计和控制系统设计，提高机械手的稳定性和可靠性，降低故障率。
3. 提高抓取精度：采用高精度传感器和先进的控制算法，实现更精准的定位和抓取，提高产品质量和生产效率。
机械手关节结构设计及运动学仿真分析
毕业设计（论文）题目：机械手关节结构设计及运动学仿真分析（英文）：Manipulator joint structure designand kinematics simulation analysis院别：机电学院专业：机械电子工程姓名：学号：指导教师：日期：机械手关节结构设计及运动学仿真分析摘要图纸请联系qq625880526本课题为机械手关节结构设计及运动学仿真分析。
工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。
因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。
实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。
工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。
此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。
〖1〗本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用Solidworks技术对机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。
它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。
上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。
本文重点解决的问题——结构设计及仿真。
本课题中主要内容是：（1）设计机械手关节结构；（2）关节结构的参数设计；（3）用仿真软件进行运动过程模拟分析以此来改善结构设计，直到得出满意的结果为止；（4）绘制总装图和零件图；目标：满足机械手关节结构的设计要求。
关键词：结构设计；参数设计；运动学仿真Manipulator joint structure design and kinematics simulation analysisABSTRACTThe topic for the manipulator joint structure design and kinematics simulation analysis. Industrial machinery hand is the inevitable product of industrial production,it is a copy of the upper part of the human body functions, in accordance with a predetermined transfer request or the workpiece hold the tools to operate the equipment automation technology, to achieve industrial production automation, the promotion of industrial production of the further development plays an important role in. So they have strong vitality of the people by the extensive attention and welcome. Practice has proved, the industrial robot can replace the staff of the heavy labor, significantly reduced labor intensity of workers, improve working conditions, improve labor productivity and the level of automation. Industrial production often appears in the bulky workpiece handling and frequent long-term, monotonous operation, a mechanical hand to be effective. In addition, it can be in high temperature, low temperature, water, the universe, radioactive and other toxic, pollution of the environment under the conditions of operation, but also show its superiority, there are broad development prospects.This topic through the application of AutoCAD technology on the manipulator structure design and hydraulic transmission principle of design, the use of Solidworks technology mechanical hand for3D solid modeling, and carried on the movement simulation, which can be the basic motion more specific show in front of people. It can carry out the automatic feeding movement; in the installation of the workpiece, the workpiece to the chuck clamping movement. On the manipulator movement speed is to meet productivity requirement to set up.This paper focuses on the problem -- the structure design and simulation.In this paper the main content is:(1) design of mechanical hand joint structure;(2) joint structure parameter design;(3) using simulation software in motion process simulation analysis in order to improve the structure design, until satisfactory results are obtained；(4) drawing assembly drawing and parts drawing；Target：Meet the mechanical hand joint structure design requirement.〖2-4〗Key words：Structure design；parameter design；kinematics simulation目录第一章绪论 (1)1.1 研究机械手的意义 (1)1.2工业机器人概述 (1)1.3机器人的历史与现状 (4)1.4机器人发展趋势 (5)第2章机械手关节结构形式设计 (7)2.1机械手的要求与原始始据 (7)2.1.1原始数据及资料 (7)2.1.2料槽形式及分析动作要求 (7)2.2机械手的基本结构 (8)2.3机械手结构设计 (9)2.3.1 机身机座的设计 (9)2.3.2手部结构设计 (11)2.3.3 腕部结构设计 (14)2.3.4臂伸缩的机构设计 (16)2.4本章小结 (18)第3章机械手关节参数设计 (19)3.1 参数设计优点 (19)3.2 机座结构参数设计 (19)3.3伸缩臂参数设计 (21)3.3.1工作负载R和工作压力P (21)3.3.2工作速度和速比的确定 (22)3.3.3液压缸缸筒内径D和活塞杆直径d的确定 (22)3.3.4液压缸的计算 (23)3.3.5液压缸稳定性和活塞杆强度校核 (24)3.3.6连接零件的强度计算 (27)3.3.7腕部回转缸的计算 (28)3.4手部参数设计 (30)3.5本章小结 (33)第四章液压系统原理设计及草图 (34)4.1手部抓取缸 (34)4.2腕部摆动液压回路 (34)4.3小臂伸缩缸液压回路 (35)4.4总体原理图 (36)4.5本章小结 (37)第五章机械手关节的模拟仿真 (38)5.1 仿真内容 (38)5.2 仿真方法 (38)5.3机械手关节的运动学分析 (39)5.3.1机械手手部夹紧的运动仿真运动仿真及分析 (39)5.3.2机械手腕部转动的运动仿真 (39)5.3.3机械手臂部的运动仿真分析 (39)5.3.4机械手的整体的运动仿真分析 (40)5.4 本章小结 (40)第六章全文总结 (41)参考文献 (42)致谢 (44)附录 (45)机械手关节结构设计及运动学仿真分析第一章绪论1.1 研究机械手的意义机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。
上下料机械手的运动学仿真
机械研究与应 用 ・ ２ ０ １ ６ 年 第６ 期（ 第２ ９ 卷， 总 第１ ４ ６ 期 ）
研究与分析
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ ６ ５ ７ ６ ／ ｊ ． ｅ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ７ — ４ ４ １ ４ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ６ ． ０ ２ ６
上 下 料 机 械 手 的运 动 学 仿 真
ｍｅ ｃ ｈ ｎｉ ａ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｎｄ ａ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ．Ｔ ｈ ｅ ｎ，ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｇ ｏ ｏ ｄ ｄ ａ ｔ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ ａ ｎ ｄ Ａｄ ａ ｍｓ ｔ ｏ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｏ ￣ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｄ ａ ｔ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ Ａｄ ａ ｍｓ ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｒ ｖ ｉ ｎ ｇ ａ ｙ ｅ ａ ｄ ｄ ｅ ｄ ．Ａｄ ｄ ｉ ｎ ｇ ａ ｍａ ｒ ｋ ｅ ｒ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｄ ｓ ｈ ａ ｆ ｔ ，ｔ ｈ ｅ
奠定基础 。
关键词 ： 上 下料机械 手 ； Ａ ｄ ａ ｍ ｓ ； 运动学仿 真
中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ６
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ７ － ４１ ４ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６ － ０ ０ ８ ７ － ０ ３
Ｋｉ ｎｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏｒ ｔ ｈｅ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｅ ｌ Ｆｅ ｅ ｄｉ ｎ ｇ Ｍａ ｎｉ ｐ ｕｌ ａｔ ｏ ｒ
一种四自由度上下料机械手运动学分析
一种四自由度上下料机械手运动学分析自动化技术发展至今，机械手的应用日益广泛，并且被用于各种各样的工厂、仓库等工作站中。
机械手是一种机械装置，可以自动完成从物体抓取到放置等动作。
因此，研究机械手运动学有着重要的理论价值和应用价值。
本文以一种四自由度机械手上下料机械手运动学分析为研究对象，分析机械手运动学的相关知识，为机械手运动学提供有价值的参考。
首先，应该明确的是，一种四自由度机械手上下料机械手是一种能够完成任务的机器人，也就是一种能够在任务中移动的机器，它的类型可以分为轴向自由度和旋转自由度。
轴向自由度使机械手在安装轴上沿轴移动，执行机构的侧向移动，并在立柱上完成抓取动作；旋转自由度使机械手在轴上旋转，完成工具的旋转以及不同轴之间的平移等运动。
然后，机械手运动学分析针对不同机械手上下料机械手的自由度进行分类，其中包括四自由度机械手上下料机械手。
四自由度机械手上下料机械手的运动学分析针对随着自由度的增加，机械手按照一定的几何运动，在任意空间位置完成所有可能的运动，抓取、放置等任务。
再其次，在实际运用中，四自由度机械手上下料机械手可以完成精确的运动，从而实现抓取、放置等任务目标，包括按照一定几何分布抓取、移动物块等。
此外，机械手运动学分析还可以有效地用于连接模块研究，可以对机械手的运动特性进行全面分析，从而确定机械手的精确运动范围。
最后，机械手运动学分析可以为机械手的设计和制造提供有价值的参考，可以帮助设计人员更好地掌握机械手的运行原理，从而更好地利用机械手完成抓取、放置等任务。
综上所述，在四自由度机械手上下料机械手的运动学分析中，我们可以发现，机械手运动学分析可以帮助设计人员掌握机械手的特性，进而更好地利用机械手完成抓取、放置等任务，为机械手的设计和制造提供有价值的参考，因此机械手运动学分析具有十分重要的理论价值和应用价值。
综言之，对于四自由度机械手上下料机械手运动学分析来说，机械手运动学分析无疑可以为机械手的设计和制造提供有价值的参考，为机械手的运动学研究提供重要的理论和实用依据。
一种四自由度上下料机械手运动学分析
一种四自由度上下料机械手运动学分析运动学分析是机械学和机械工程中一个重要的分支，它利用数学方法来确定机械结构（如电机、联轴器、减速器等）中物体的运动轨迹以及物体各个外型参数之间的建立关系，并且采用动力学原理分析其工作原理，以期求得合理且有效的机械系统设计方案。
在运动学分析中，运用转动学研究机器人的有效运动路径设计，其中四自由度机械臂又是一类重要的机器人技术，用于完成一些特定的精确任务。
四自由度机械臂作为一种可以实现特定功能的典型机械结构，可以用于完成一些精确的上下料任务，例如搬运、装配、堆叠等操作。
在上下料机械臂的运动学分析中，主要利用转动学原理，确定机器人各自由度之间的建立关系，以及在给定任务空间中各种运动状态下，机器人手臂所执行的相对运动轨迹。
再与动力学原理相结合，实现对于目标物体的精确搬运、装配、堆叠等任务。
首先，为了便于介绍上下料机械臂的运动学分析，在讨论之前，首先要认识和理解其结构特点，了解其可供操作的各参数变量，以及其基本的运动原理，以确定其特定的运动形态和完成应用任务的空间参数要求。
四自由度机械臂主要由本体、移动平台、关节和末端组成，其中移动平台支撑机臂以及完成相对于移动平台的全局运动，末端支撑吊具力矩，关节负责满足机器人的转动学要求，使得机器人可以在特定的空间参数下，实现特定的运动轨迹。
接下来，利用转动学原理确定四自由度机械臂的每个关节的参数，求解关节参数的变化和关节转动的轨迹问题。
在四自由度机械臂的运动学分析中，首先要根据目标物体的位姿参数确定关节参数空间，由于四自由度机械臂是一类可以实现精确上下料任务的机器人技术，机器人需要实现更精确的操作，因此根据物体位姿参数，求解在特定坐标系下，各自由度参数的关系及其具体的数值，从而确定机器人的转动轨迹与具体的动作过程。
其次，根据物体的参数变化，编制其运动学模型，即确定机器人在运动过程中各个自由度的变化，在特定的空间参数下，实现特定的运动轨迹，以完成上下料任务。
一种四自由度上下料机械手运动学分析
一种四自由度上下料机械手运动学分析
以《一种四自由度上下料机械手运动学分析》为题，本文将对一种四自由度上下料机械手的运动学分析展开探讨，旨在了解该机械手的工作原理、结构特点、应用场景和设计考虑等内容。
首先，让我们来看看一种四自由度上下料机械手的工作原理。
它的工作原理如下：首先，机械手的四个自由度由电机驱动实现；其次，操作者通过控制元件发送电信号，从而实现机械手的角度变化；最后，通过机械手臂上的末端装置，可以实现物体的上下料及抓取功能。
其次，让我们来看一下四自由度上下料机械手的结构特点。
四自由度上下料机械手的结构一般包括数控系统、机械臂、末端装置等部分。
其中，数控系统用于控制机械手的所有自由度以实现物体的上下料及抓取功能；机械臂是机械手的核心，由多个节拍和电机组成，可以实现多种类型的运动；机械臂末端装置主要用于实现物体的抓取及上下料功能。
此外，通常还可以根据应用场景，采用不同类型的传感器，以检测机械手的运动状态。
目前，应用最广泛的传感器包括光学传感器、触摸式传感器和位置传感器等。
而在多自由度机械手中，通常还需要采用编码器来检测机械臂各节拍的运动状态，以此来提高控制精度。
最后，也要提到设计上的考虑。
在设计一种四自由度上下料机械手时，必须考虑机械结构的稳定性及运动精度问题。
由于机械臂节点数量较多，且由电机控制，因此在设计时，需要注意节拍与电机之间的连接稳定性，以及电机结构和控制电路的设计，以确保其运动精度
及可靠性。
综上所述，一种四自由度上下料机械手运动学分析及设计就是如此。
虽然其设计技术和运动学分析要求较高，但相信它在工业自动化领域的应用将会越来越广泛，未来的发展前景是非常可观的。
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求、知道机械手爪的位姿以及各杆的结构参数的情况下，求解对
6
θ6
-90°
0
0 （-180～180）°
3.2 运动学正解分析
机械手的正向运动学是根据机械手的各关节变量，求机械
手末端操作装置的位姿。根据建立的机械手 D-H 参数坐标系与
运动学参数，由坐标变换关系可知连杆的 D-H 坐标变换矩阵。为
了便于运动模型的表示，将关节变量 θi 的正弦函数和余弦函数值 简化如式（1），确定了连杆坐标系，且得到了相应的连杆参数后，
中图分类号：TH16，TP242.3 文献标识码：A
1 引言
数控机床的应用为企业提高产品的加工精度、生产效率和 保证产品质量稳定发挥了重要的作用[1]。近年来，客户对产品质量 要求的提高、交货期的缩短和劳动力成本的提高，使得企业必须 向更加自动化的方向发展。将现有数控加工技术与工业机器人技 术相结合，组成数控机床-机械手加工系统是解决问题的方法之 一。数控机床-机械手加工系统布局与工作过程示意图，如图 1 所 示。在控制系统的控制下，数控机床完成零件的加工，机械手完成 工件的上下料任务，这样既能提高生产率、保证产品质量，又能大 大地降低人工成本，从而降低生产成本。针对该加工系统中的六
可依据式（1）完成坐标系 i 和 i-1 之间的变换，用 Ai 表示。
cθ 0
0 0
i
0
cθ 0
0 0 i-1
sθi
Ai i-1
sθi
0
0
0 00
0
-sθi cαi-1 cθi sαi-1 cθi
0
0 -sαi-1 cαi-1
0
αi-1
0 0 0
0
-di sαi-1
0 0 0
0
0
di cαi-1
cθ3 0
00 10
0 0 0 0 0 0 0
0
0 0
0
A4
=
0
0 0 0
-sθ4
0 -cθ4
0
1
d4
0 0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
00
0
0
01
0 0
0 00
0
0
01
00 0
cθ 0
0 0
5
-sθ5
0
00 0 0
cθ 0
0 0
6
-sθ6
0
0
0 0 0
0
0
0
0
A5
=
00
0
0
sθ 0
0 0
5
0 cθ5
-1 0
A
中各元素的值。
使（4）式两端对应元素相等，一次类推，得：
在末端执行器两指抓取轴线的中点处建立 Marker 点 ： MARKER19，以此点来观察机械手末端的运动情况。根据理论运 动轨迹，STEP 函数设置各个关节的位移驱动。如表 2 所示。
表 2 ADAMS 关节驱动
关节 驱动名称
位移驱动函数
腰关节 Motion3 STEP（time，2，0，4，120d）+ STEP（time，6，0，6.5，-5d）
0
0
a2 s3
0 0
0
00 0 0
0
0
0
0
0
0
00
0
0
01
0 0
00
0
0
0
1
0 0
00
0
0
0
10 0
c0
0 0
4
0
-s4
0
0 0 0
c 0 s 0 0
0 0
5
0
5
0 0
0
-1
A4 =
00-s4
0
00
0
0 1
0
-c4 0 0 -d4
0
0
0 0 0 0 0 0
-1
A5 =
00-s5
0
00
0 0
0 c5 -1 0
图 1 自动上下料机械手布局简图
2 上下料机械手结构组成
为了能够对工件进行有效定位，抓取被加工工件并最终放 置到数控车床的三抓卡盘上进行加工处理，需要机械手具有 6 个
肩关节
肘关节
腕关节
关节，从而能够实现机械手抓取、平移、旋转一系列动作。建立模 型如右图 2 所示。该机械手由 6 个转动关节组成，分别是：腰关节 （底座）、肩关节、肘关节、腕关节 1、腕关节 2、腕关节 3 组成，最后
3 个关节的轴线交于 1 点，构成球腕。根据数控机床-机械手加工 系统的布局，将该机械手的底座固定于地面，根据抓取对象的不
同，手腕的末端安装不同的执行机构。
2 CCD 相机
工件1 4
计算机 机器人
3
5 车床
CNC
自由度机械手进行了详细的运动学分析，并用 solidworks 建立机 械手的三维模型，导入到 ADAMS 中进行运动学仿真。
0 0
0 0 0 0 0 0
A6
=
0 0
0 0
000-sθ6
0 -cθ6
10 00
0 0 0 0 0 0
0
0
0
0
00
0
0
0
10 0
0 0
0
0
0
1
0 0
图 3 机械手的简化图
机械手末端坐标系｛6｝相对于基坐标系｛0｝的位姿可以通过
Z2 X2 O1 a2
X3 Z3
d2 θ1
Z0，Z1
O2 d4
X0
O
y0，X1
0 0
0
0
1
00 0
（1）
应的各关节转角（θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，θ6）。要解出各关节变量，首先将 已知量和未知量分离，分别置于等式左右两端，然后用未知矩阵
的逆变换逐次左乘上述矩阵方程，以便把某个关节变量分离出
来，并解出这个关节变量。
第一步，对 A1、A2、A3、A4、A5 矩阵分别求逆得：
c s 0 0 0
机械设计与制造
244
Machinery Design ＆ Manufacture
文章编号：1001-3997（2012）05-0244-03
自动上下料机械手运动学分析及仿真 *
第5期 2012 年 5 月
王战中 1 张 俊 1 季红艳 2 赵 赛 1 臧丽超 1 （1 石家庄铁道大学，石家庄 050043）
X6
X5
X4 Z5
O3
Z4
Z6
图 4 机械手连杆坐标系简化图 表 1 连杆（D- H）参数表
连杆 i 1 2 3 4 5
变量 θi θ1 θ2 θ3 θ4 θ5
αi-1 0° -90° 0° -90° 90°
ai-1
di
变量范围
0
0 （-180～180）°
0
0 （-30～60）°
a2
0 （-45～60）°
0 0
0 0 0 0 0 0 0
0
0
0
0
000
0
0
0
1 00 0
00
0
0
0
10 0
（2）
No.5
246
机械设计与制造
May.2012
-1
第二步，分离已知量和未知量，用逆变换 A1 左乘矩阵方程，
-1
得：A1 T=A2 A3 A4 A5 A6
（3）
将（2）时代入（3）式得：
c s 0 0 n o a p 0
θ5=θ6=0°时，手臂变换矩阵 T 的值。计算结果为：
00
0
1
0
0
0 0
0
0
00
0
T=
0 0
0
1
a2 +d4
0 0 0 0
10
0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
00
0
0
0
1
0 0
该计算结果与机械手连杆简化图 4 表现一致，说明通过运
动学正解所求得的机械手末端位姿表达式 T 是正确的。
3.3 运动学逆解分析
运动学逆解是在给定了已知条件，即能够满足某种工作要
腰关节 图 2 机械手的结构模型
＊来稿日期：2011-07-26 ＊基金项目：河北省自然基金（F2008000448），河北省教育厅项目号（2009335），河北省科技支撑项目（12212113D）
第5期
王战中等：自动上下料机械手运动学分析及仿真
245
3 运动学分析
3.1 坐标系建立
采用 D-H（Denavit-Hartenberg）参数法建立该机械手的运动 学模型。该机械手的简化图，如图 3 所示。分别在各连杆的下关节 处建立连杆坐标系，如图 4 所示。图中：ai—两个关节的关节轴线 Ji 与 Ji+1 的公垂线距离；ai—轴线 Zi 到 Zi+1 绕 Xi 旋转的角度；di— 轴线 Xi-1 到 Xi 沿 Zi-1 的距离；θi—轴线 Xi-1 到 Xi 沿 Zi 旋转的角度。 相应的关节和连杆参数表[2-5]，如表 1 所示。
0
0 0
1
1
0 0
c0
0 0
2
0 -s2 0
0 0 0
c0
0 0
3
s3
0
-a2 c3
0 0 0
0
0
0
0
0
0
-1
A1 =
00-s1
0
00
0
c1 0