四自由度机器人
四自由度绘图机器人的控制系统设计
四自由度绘图机器人的控制系统设计0引言在丁业生产过程中，为了对加工零件的型号、尺寸等作以标识，需要专用绘图设备对其进行标记。
本文针对这一生产需要，模拟工业现场环境，设计了可完成绘图、划线、切割等功能于一体的机器——简称绘图机器人。
传感器技术、图像采集与识别技术、最优化技术以及路径规划算法等理论的发展，为绘图机器人的实现提供了技术与理论依据。
曾在2006年中国围际工业博览会上，由ABB公司制造的绘图机器人“神笔马良”就吸引了很多人的关注。
1机器人机械结构1．1机器人本体结构本文研究的机器人为实验室自主开发的四自由度机器人，采用PC机+触摸屏+运动控制器构成的开放式控制系统，由一块运动控制器控制四轴的运动，可实现x、y、z方向的直线运动及C方向的回转运动。
其结构图如图l所示，主要由x轴滚轮，l，轴手臂，z轴丝杠，c向同转驱动、电机驱动，导向立柱，同步带及底座组成，其技术参数和运动实现形式见表l、表2。
根据完成功能的不同，选择相应执行装置通过装夹装置固定安装在Y轴手爪处。
本文采用画笔。
1．2机器人传感器模块传感器类似于人的五官，是机器人感知外部环境的直接手段。
本设计采用的传感器包括：(1)接近开关：4个接近开关均选用AOTORO的FRl8-8DN，其有效测量距离为8ram，分别安装在l，轴手爪和Z轴导向立柱处，用于y轴左右、z轴上下限位。
当金属检测体靠近开关的感应区域，开关迅速发出指令反馈给运动控制器，运动控制器接到反馈信号，发出控制信号，控制电机动作同时产生报警信号¨1。
(2)超声波传感器：用于X轴行动过程中的避障，有效测距分为3个量程，分别是9m、3m和lm。
当机器人在行驶中检测到前方有障碍物时，立即停止前进，原地等待并发出报警信号，直至障碍物消失再继续前进。
(3)角度传感器：在绘制某些图形的过程中，需要画板与画笔之间有一角度，该传感器就是用于C向回转中角度的信号检测。
2个角度传感器均采用国产的TDR．BZ。
四自由度机器人反解
四自由度机器人反解
1.四自由度机器人反解的概念
四自由度机器人反解是指已知机器人末端执行器的姿态和位置，需要计算出机械臂各个关节的角度，以便机械臂能够完成特定的工作。
2.四自由度机器人反解的基本原理
四自由度机器人的姿态可以用三个欧拉角以及末端执行器的坐标来表示。
然后，可以使用正逆运动学的方法来计算机械臂各个关节的角度。
正运动学是指已知各个关节的角度和机械臂的初始姿态，来计算机械臂末端执行器的位置和姿态。
而反运动学则是相反的——已知机械臂的末端执行器的位置和姿态，来计算各个关节的角度。
3.四自由度机器人反解的计算方法
四自由度机器人的反解可以使用雅克比矩阵或牛顿-拉夫森方法来计算。
首先，通过正运动学来确定机械臂的末端执行器的位置和姿态，并计算出雅克比矩阵或牛顿-拉夫森方法中需要的其他参数。
然后，使用逆矩阵来计算雅克比矩阵的逆矩阵，或者使用牛顿-拉夫森方法来迭代计算机械臂各个关节的角度，直到误差满足要求为止。
4.四自由度机器人反解的应用
四自由度机器人反解在许多工业应用中被广泛应用，如在制造业中的精密加工、自动化生产线中的零件组装、以及医疗设备中的手术操作等领域，都需要机器人反解来协助完成工作。
在未来，随着人工智能和机器人技术的不断发展，四自由度机器人反解的应用将会更加广泛，并且会在许多领域中发挥越来越重要的作用。
《精心整理》四自由度机器人毕业设计论文要点
四自由度工业机器人毕业设计摘要近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。
我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。
本文简要介绍了工业机器人的概念，机器人的组成和分类，机器人的自由度和坐标形式，气动技术的特点。
对机器人进行总体方案设计，确定了机器人的坐标形式和自由度，确定了机器人的技术参数。
同时，设计了机器人的夹持式手部结构，设计了机器人的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。
设计了机器人的手臂结构。
设计出了机器人的气动系统，绘制了机器人气压系统工作原理图，对气压系统工作原理图的参数化绘制进行了研究，大大提高了绘图效率和图纸质量。
关键词：工业机器人，机器人，气动，单片机控制ABSTRACTIn the past twenty years, robotic technology is developing very fast, all sorts of use robots in various fields can be used widely. Our country in the research and application of robots and industrial countries, there is still a gap compared, therefore, the research and design various USES robots especially industrial robots, promote the use of robots is a realistic significance.This paper briefly introduces the concept of industrial robot, robot, robot composition and classification of freedom and coordinates, the characteristics of pneumatic technology. The general scheme design of robot, robot was determined, and freedom of coordinates the technical parameters of robot was determined. Meanwhile, the design of the robot hand gripping type of the robot structure, design wrist structure, calculated the wrist rotation for driving moment and rotary cylinder driving moment. Design a robot arm structure.Designed a robot pneumatic system, painted robots working principle diagram, pneumatic system of pneumatic system working principle diagram parametric drawing was studied, and greatly improve the efficiency of drawing and drawings quality.Keywords: industrial robot, pneumatic, SCM control第一章绪论随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化，工业机器人已成为一种高新技术产业，为工业自动化发挥了巨大作用，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。
四自由度机器人设计及分析
表 4-2 减速器弯矩刚性和轴端尺寸
弯矩刚性 Nm/arc.min.※3
117 372 931 1176 1176 1470 2940 4900 7448
a 17.6 20.1 29.6 33.4 37.4 32.2 47.8 56.4 69.0
尺寸(mm)
b 91.6 113.3 143.7 166.0 166.0 176.6 210.9 251.4 292.7
减速器 RV-20E 满足所有要求规格，因此选定 RV-80E-10。
4
0
3
40 N em 60
tem
8274次
外部负载条件 W1=500 N L1=0.5m W2=2000N L3=0.5m 求出力矩刚度 求出输出轴偏角是否符合要求的规定值
W11 W2 3 M t 103
0.58
（4-9） （4-10）
型式
RV-6E RV-20E RV-40E RV-80E※1 RV-80E※2 RV-110E RV-160E RV-320E RV-450E
50KG 四自由度机器人设计报告
1.1.1 电机选择
码垛机器人腰部由于负重较大，所以要求旋转的速度不宜过快，因此要选择中速或
者低速电机。
设机器人腰部绕其中心轴的转动惯量为 J，根据机器人的静力学分析，取大臂小臂
极限长度 L，可得其转动惯量为：
J ML2 3
（4-1）
其中 M 是腰部所要承受的重量，为 200Kg，L 为 1m，通过计算得其转动惯量为
K
N0 Nm
T0 Tm
3.
41862h 20000h
Tem=3000 Nem=20
四自由度的工业机器人设计说明书
1 绪论1.1四自由度的工业机器人的概念四自由度的工业机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的机器，而工业四自由度的工业机器人则是在工业生产上应用的四自由度的工业机器人。
美国四自由度的工业机器人工业协会提出的工业四自由度的工业机器人定义为：“四自由度的工业机器人是一种可重复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机”。
英国和日本四自由度的工业机器人协会也采用了类似的定义。
我国的国家标准GB/T12643-90将工业四自由度的工业机器人定义为：“四自由度的工业机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。
能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。
而将操作机定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。
四自由度的工业机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制装置和为使四自由度的工业机器人进行作业而要求的外部设备组成。
1.1.1操作机操作机是四自由度的工业机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。
通常由下列部分组成：a.末端执行器又称手部，是四自由度的工业机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业四自由度的工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。
b. 手腕是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有2～3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。
有些专用四自由度的工业机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。
c. 手臂它由四自由度的工业机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。
手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。
手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。
d. 机座有时称为立柱，是工业四自由度的工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件。
四自由度机械手(上半部分)
四自由度机械手（上半部分）作为现代工业制造领域中，机器人与自动化领域的核心产品之一，机械手在制造业中扮演着不可替代的角色。
而四自由度机械手便是机械手领域中的重要成员，本文将对其进行详细介绍。
一、四自由度机械手的概念及基本结构四自由度机械手是指由四个自由度的运动副组成的机械手。
其自由度主要分为旋转自由度和直线自由度两种。
旋转自由度可分为绕x、y、z三个轴向旋转自由度，直线自由度可分为x、y、z三个轴向作直线运动的自由度。
四自由度机械手的基本结构由支撑结构、底座、轴承系统、导轨系统、执行器等组成。
其中，支撑结构设在机械手的底部，通过轴承系统与机械手执行器连接，控制机械手的运动方向和范围。
二、四自由度机械手的优缺点四自由度机械手相对于其他机械手类型具有如下优点：1、机械手可根据特定要求进行定制，能够实现弯曲、旋转、伸缩等多种动作，可以适用于较多的工程需求；2、在承载重量较小的情况下，四自由度机械手的成本较低；3、四自由度机械手具有很高的操作精度，可适用于许多需要高精度的操作领域。
但四自由度机械手也有以下缺点：1、四自由度机械手的承载能力较低，仅适用于承载较小的物品；2、机械手无法实现多种操作综合编程。
三、四自由度机械手的应用四自由度机械手在工业制造和自动化生产中具有广泛的应用领域。
其适用于自动化加工、搬运、堆垛、组装、分拣等方面。
在以下几个方面有具体的应用：1、电子工业：四自由度机械手可用于电子元器件的组装、焊接、拆卸等操作。
2、汽车工业：在汽车制造中，四自由度机械手主要用于焊接、装配、喷漆等自动化生产环节。
3、食品加工业：四自由度机械手可用于食品加工中，如包装、封箱等生产步骤。
4、医疗产业：机械手的高精度使其非常适合在医疗领域中用于外科手术等领域中。
总结：四自由度机械手作为机械手领域的成员之一，可用于电子制造、汽车工业、食品加工和医疗行业等领域中的生产流程，并能根据不同的生产需求进行定制和编程。
同时，由于其相对较低的成本和高精度操作的特性，四自由度机械手在现代制造领域中具有重要的应用价值。
机械设计四自由度机器人
机械设计四自由度机器人机器人在现代工业生产中发挥着重要的作用，它能够替代人工完成一些重复性的、危险性的和精确度高的工作。
在众多机器人中，四自由度机器人是一种常见且广泛应用的机器人，它具有较好的灵活性和适用性，能够适应不同工作任务的需求。
四自由度机器人是指机器人系统具有4个运动自由度，即可以在三维空间内进行四种基本运动：平移运动、旋转运动、摆动运动和夹持运动。
这种设计使得四自由度机器人具有更强的机械臂灵活性和适应性，能够完成更多种类的工作任务。
在四自由度机器人的设计中，需要考虑机器人的结构和运动机构的设计。
机器人的结构是指机器人整体的组成和布局，包括机械臂、末端执行器、控制系统等。
通常，机器人的结构应该具备轻便、稳定和易操作的特点，以保证机器人在工作中具有高效性和可靠性。
在机器人的运动机构设计中，需要选择合适的传动机构和电机驱动系统。
传动机构是机器人运动的关键，影响着机器人的运动精度和可靠性。
常见的传动机构包括直线传动、旋转传动等，可以根据具体的工作任务选择合适的传动机构。
另外，电机驱动系统在机器人运动中起到了关键作用，电机的选择和驱动方式根据工作需求确定。
四自由度机器人广泛应用于各个领域，如工业生产、医疗器械、电子产品等。
它可以完成一些重复性的、危险性的和精确度高的工作，提高工作效率和质量。
以工业生产为例，四自由度机器人能够完成装配、焊接、喷涂等工作，取代人工操作，降低了工作强度和安全风险。
总之，四自由度机器人是一种常见且广泛应用的机器人，它具备较好的灵活性和适应性，能够适应不同工作任务的需求。
在机器人的设计中，需要考虑机器人的结构和运动机构的设计，以保证机器人在工作中具有高效性和可靠性。
四自由度机器人在各个领域发挥着重要的作用，提高了工作效率和质量，推动了现代工业的发展。
毕业设计四自由度机器人
毕业设计四自由度机器人毕业设计题目：四自由度机器人的设计与控制一、引言四自由度机器人是一种常见的工业机器人，其基础结构包括底座、臂部、腕部和末端执行器。
在工业生产线上，四自由度机器人广泛应用于装配、焊接、喷涂等需要精确操作的工艺环节。
本篇毕业设计论文将对四自由度机器人的设计与控制进行研究和分析。
二、机器人的设计1.结构设计：为了实现机器人的灵活和精确操作，我们将设计一个四自由度机器人。
该机器人的结构由底座、臂部、腕部和末端执行器组成。
底座提供了机器人的稳定性和机动性，臂部负责机器人进行大范围的空间运动，腕部通过关节连接臂部和末端执行器，末端执行器完成具体的操作任务。
2.运动学设计：机器人的运动学设计是机器人设计中的重要一环。
我们将采用世界坐标系和本体坐标系的方法，建立逆运动学模型和正运动学模型，以实现机器人的运动控制。
具体设计中，我们将采用符号法推导机器人的运动学方程，通过求解并进行数值模拟验证，实现机器人的精确运动。
三、机器人的控制1.控制系统设计：机器人的控制系统是实现机器人精确操作的核心。
我们将采用开环控制和闭环控制相结合的方法，设计机器人的控制系统。
开环控制系统通过预设关节角度实现机器人的运动，闭环控制系统通过传感器反馈实时监控机器人的运动，并进行误差修正，实现机器人的精确操作。
2.控制算法设计：我们将采用PID控制算法对机器人进行控制。
PID控制算法具有稳定性好、计算简单等优点，适用于工业机器人的控制。
我们将根据机器人的运动学特性，根据机器人的误差信号设计合适的PID参数，以优化机器人的运动轨迹和操作精度。
3.编程与仿真设计：为了验证机器人的设计和控制系统的有效性，我们将使用MATLAB和Simulink进行编程和仿真设计。
通过编写机器人运动学模型和控制算法的代码，并在Simulink中搭建机器人的控制系统，实现机器人精确操作的仿真。
四、总结本篇毕业设计论文对四自由度机器人的设计与控制进行了研究和分析。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析随着人工智能和机器人技术的发展，仿人机器人在工业、医疗、服务等领域得到了广泛应用。
仿人机器人的机械臂部分是实现其运动和操纵功能的重要组成部分。
本文将对仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能进行分析。
仿人机器人的机械臂一般由多个自由度的关节连接而成。
四自由度机械臂指的是机械臂的关节个数为四个，每个关节都能绕特定轴向进行运动。
这样的设计可以实现机械臂在三维空间内的灵活运动。
在设计方面，首先需要确定机械臂的结构和尺寸。
机械臂的结构可以采用串联或并联结构。
串联结构是指将多个关节依次串联起来，其中每个关节都有一个自由度。
并联结构则是将多个关节通过某个平台连接在一起，各个关节之间可以同时进行运动。
根据具体应用需求和工作环境，选择合适的结构。
需要确定机械臂各个关节的类型和参数。
常见的关节类型有旋转关节和滑动关节。
旋转关节可以实现物体的旋转运动，滑动关节可以实现物体的平移运动。
通过确定关节的类型和参数，可以进一步确定机械臂的运动范围和灵活度。
在性能分析方面，主要包括静态和动态性能的分析。
静态性能分析是指对机械臂在不同位置和姿态下的稳定性进行评估。
评估方法可以采用力矩的计算和力学模型的建立，以确定机械臂能够承受的最大负载和最大力矩。
动态性能分析是指对机械臂的运动速度和加速度进行评估。
评估方法可以采用运动学和动力学模型的建立，以确定机械臂的最大运动速度和最大加速度。
还需要对机械臂的精度和重复定位精度进行分析。
精度是指机械臂能够达到的目标位置和姿态与实际位置和姿态之间的差距。
重复定位精度是指机械臂在多次运动中能够保持的位置和姿态的稳定性。
评估方法可以采用传感器测量和误差分析的方法，以确定机械臂的精度和重复定位精度。
仿人机器人四自由度机械臂的设计和性能分析是实现其灵活运动和操纵功能的重要工作。
通过合理的设计和精确的性能评估，可以提高机械臂的工作效率和可靠性，进而推动仿人机器人在各个领域的应用。
四自由度机器人设计及分析
四自由度机器人设计及分析首先，设计一个四自由度机器人需要考虑机器人的结构和运动方式。
机器人的结构可以采用串联结构或并联结构。
串联结构是将各个旋转关节按照顺序链接起来，形成一个连续链条；而并联结构是通过并联机构将多个旋转关节连接起来，共同作用于机器人的末端执行器。
接下来，需要确定机器人的关节类型和参数。
常见的关节类型包括旋转关节和剪切关节。
旋转关节可以实现绕一些固定轴旋转，而剪切关节可以实现平移和旋转的复合运动。
在确定关节类型后，还需要考虑各个关节的转动范围、转动速度和负载能力等参数。
在进行四自由度机器人的运动分析时，可以采用运动学方法和动力学方法。
运动学方法主要研究机器人的位置、速度和加速度等随时间变化的规律，可以通过矩阵运算和几何推导等方法求解。
动力学方法则关注机器人的力学特性和运动过程中的力、力矩等量，可以通过运动学和力学方程来描述机器人的运动。
在运动学分析中，可以通过正逆运动学求解机器人的位置和姿态。
正运动学是根据关节参数和关节角度求解机器人位姿的问题，可以通过矩阵变换和旋转矩阵等方法求解。
逆运动学则是根据机器人末端执行器的位姿求解各个关节的角度，可以通过三角函数和解方程等方法求解。
在动力学分析中，可以通过运动学和基本力学原理推导出机器人的运动方程。
运动学方程描述机器人各个关节的速度和加速度与末端执行器的位姿之间的关系；动力学方程则描述机器人的力、力矩与关节角度、角速度和角加速度之间的关系。
同时，还可以利用仿真软件对四自由度机器人进行仿真分析。
通过建立机器人的仿真模型，可以模拟机器人的运动轨迹和运动过程，验证设计参数的合理性以及对不同操作条件的响应。
总之，设计和分析四自由度机器人需要考虑机器人的结构和运动方式，确定关节类型和参数，并通过运动学和动力学方法来研究机器人的运动特性。
利用仿真软件可以对机器人进行仿真分析，验证设计参数的合理性。
四自由度工业机器人
四自由度机器工业机器人作为最典型的机电控制系统实例之一,几乎具有机电一体化的所有特点,既具有操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，又具有速度快、精度高、柔韧性好等特点。
开放式控制平台：基于PC和DSP运动控制器的开放式硬件平台，通过智能控制开发平台，采用C++面向对象的设计方法。
配备集成语言编程系统和图形示教软件，便于机器人的编程操作和实践应用。
系统特点：图像处理装置全部采用高端工业摄像机和图像采集卡，图像采集卡提供接口函数库，适用于多种开发环境。
智能化、仿生化是工业机器人的最高阶段，随着材料、控制等技术不断发展，实验室产品越来越多的产品化，逐步应用於各个场合。
伴随移动互联网、物联网的发展，多传感器、分布式控制的精密型工业机器人将会越来越多，逐步渗透制造业的方方面面，并且由制造实施型向服务型转化。
结构：四自由度机器人在工业领域中被广泛应用，它可完全代替人工完成重复率高、难度大、具有一定危险性的工作。
四自由度指的是具有四个伺服电机，自由度越多，机械手的灵活性就越大，适用性越广泛，其结构也就越复杂。
在早上参观学习的过程中，共做了两个实验。
第一个实验：操作员通过控制电脑给机器人发送指令，将A区圆柱状铁块准确拿起，然后慢慢的找到要放置的位置（B 区），一个具有凹槽的铁块，目的就是准确的将A区的物块放到B区的物块上。
操作员通过电脑软件精确无误的完成了这一动作。
第二个实验：由研二师兄具体实际讲解实践。
通过电脑软件的实时操作，更改机器人相关实现功能。
操作员在机器人手臂固定一杆笔，然后启动机器人，让其按指定大小画圆。
最后，也精确无误的完成。
过程：在操作员讲解与实践后，大家在一起交流。
我观察得到，每改变一次物块的位置，都要重新进行标定过程，而标定是通过操作员人为的将一块标定板按照手册要求严格摆放好后，通过两台工业摄像机的实时摄影记录，在计算机上操作双目视觉四自由度机械臂控制软件进行取点标定，在取过18个标定点之后，切记要有回零操作，相当于初始化。
四自由度多用途气动机器人结构设计及控制实现
四自由度多用途气动机器人结构设计及控制实现首先，四自由度多用途气动机器人的结构设计包括机器人的机械结构和气动元件的选择。
机械结构应尽量简单、紧凑，以减少机器人的体积和重量。
同时，机械结构应该能够实现机器人的各种运动，如平移、旋转和弯曲等。
为了实现这些运动，可以采用链式结构或并联结构。
链式结构由多个连接件组成，通过连接件的运动实现机器人的运动。
并联结构由多个执行器和驱动器组成，每个执行器驱动机器人的一个运动自由度。
气动元件的选择应根据机器人的需求和工作环境来确定，常用的气动元件有气缸和气动执行器等。
气动元件具有体积小、重量轻、响应快等优点，适合用于多自由度机器人的驱动。
其次，四自由度多用途气动机器人的控制实现包括机器人的运动规划和运动控制。
机器人的运动规划是指确定机器人在工作空间中的轨迹和姿态。
一般可以通过运动学模型和逆运动学模型来实现机器人的运动规划。
运动学模型描述了机器人的姿态和轨迹之间的关系，逆运动学模型则反过来计算机器人的关节角度和末端姿态。
运动控制是指控制机器人按照规划的轨迹和姿态进行运动。
控制方法可以采用开环控制或闭环控制。
开环控制是通过预先设定的轨迹和姿态来控制机器人的运动，闭环控制则通过传感器反馈来调整机器人的运动。
根据机器人的需求和控制精度要求，可以选择适合的控制方法。
综上所述，四自由度多用途气动机器人的结构设计和控制实现是一个相互关联的过程。
机械结构应能够实现机器人的各种运动，气动元件的选择应根据机器人的需求和工作环境来确定。
机器人的运动规划和运动控制则是必不可少的，可以通过运动学模型和逆运动学模型来实现机器人的运动规划，通过开环控制或闭环控制来实现机器人的运动控制。
通过合理的结构设计和控制实现，四自由度多用途气动机器人可以完成各种任务，具有广泛的应用前景。
四自由度串联机器人实验指导书
RBT-4T/S02S教学机器人实验指导书哈尔滨工业大学博实精密测控有限责任公司目录实验1 机器人的认识 (1)实验2 机器人机械系统 (8)实验3 机器人控制系统 (17)实验4 机器人示教编程与再现控制 (24)实验5 机器人坐标系的建立 (27)实验6 机器人正运动学分析 (32)实验7 机器人逆运动学分析 (36)实验8 机器人关节运动轨迹规划 (40)实验9 机器人PTP(点到点)运动轨迹控制 (45)实验10 机器人CP(连续)运动控制 (49)实验11 机器人的搬运装配实验 (54)实验1 机器人的认识一、实验目的1、了解机器人的组成；2、了解机器人的工作原理；3、了解RBT系列教学机器人的性能指标；4、熟悉机器人的基本功能及示教运动过程二、实验设备1、RBT－4T/S02S教学机器人一台；2、RBT－4T/S02S教学机器人控制系统软件一套；3、RBT－4T/S02S教学机器人控制柜一个；4、装有运动控制卡的计算机一台；5、轴和轴套各一个；6、机器人气动手爪和喷笔装置各一套三、实验原理机器人是一种具有高度灵活性的自动化机器，是一种复杂的机电一体化设备。
图1－1 机器人结构机器人按技术层次分为：固定程序控制机器人，示教再现机器人，智能机器人等。
本课程所使用的机器人为四自由度示教再现式机器人。
整个系统包括四自由度机器人1台，电控柜1台，控制卡1块，实验附件1套（包括轴、套），喷绘装置1套、机器人控制软件1套。
机器人采用串联平面式开链结构，即机器人各连杆由旋转关节串联连接，如图1－1所示。
各关节轴线相互平行或垂直。
连杆的一端装在固定的支座上(基座)，另一端处于自由状态，可安装各种工具以实现机器人作业。
关节的作用是连接的两连杆产生相对运动。
关节的传动采用模块化结构，由斜齿轮、同步带和谐波减速器等多种传动结构配合实现。
机器人各关节采用伺服电机和步进电机混合驱动，并通过Windows环境下的软件编程和运动控制器实现对机器人的控制，使机器人能够在运动范围内任意位置精确定位。
(机器人)4自由度关节型机器人简介
四自由度关节型机器人设计简介摘要本设计内容为四自由度关节型机器人，主要对关节型机器人的操作臂进行系统的设计，机器人的末端操作器即手指是可替换夹具，操作臂有四个自由度，可实现在工作空间范围内的物体的转移，手爪一次可载荷0.5kg.操作臂的动力源为舵机，总共有5个舵机，它们分别控制腰部旋转，大臂、小臂、手腕的摆动，以及手爪张合，本文设计的四自由度关节型机器人可用于小工作空间内完成对小质量物体的转移工作，同时也可以做为教学机器人。
关键词：四自由度；操作臂；舵机AbstractThis design is the 4-DOF joint robot, mainly designs on the operate arm system.The ender operator of the robot is usually called paw is a exchangeable clamp. the operator has degrees of freedom. which can transform objects in workspace. the paw is able to weigh 0.5kg loads each time.It is servo that is the power of operating arm. There are five servo which are used respectively to control waist rolling、big arm、small arm、hand swing and paw opening and closing, the robot can be well applied to transfer the object with light in limited working space. Meanwhile it’s also used as teaching robot.Key words:4-DOF ；operate arm；servo一．概述：1．机器人定义机器人是近年来快速发展的高新技术密集的机电一体化产品，通常只按照人们预定的程序重复一些人们看似简单的动作，设计人员往往只重视机器人的功能。
四自由度机械手设计
四自由度机械手设计四自由度机械手是指具有四个独立运动自由度的机械手。
它可以在三维空间内进行灵活的运动和操作，广泛应用于工业制造、医疗护理、服务机器人等领域。
本文将从机械结构设计、运动控制系统、应用领域等方面进行论述，介绍四自由度机械手的设计。
首先，机械结构设计是四自由度机械手设计的关键。
通常，机械手由机械臂、末端执行器、关节驱动装置等组成。
在设计机械臂时，需要考虑结构的刚度、轻量化和尺寸设计等因素。
关节驱动装置可以采用电机驱动、气动驱动或液压驱动等方式，根据具体应用场景选择不同的驱动方式。
末端执行器是机械手最重要的部件之一，其设计要充分考虑操控对象的形状、尺寸和质量等要素。
其次，运动控制系统是确保机械手运动精度和灵活性的关键。
四自由度机械手通常采用闭环控制系统，通过传感器实时反馈机械手的位置、速度和力等信息，通过控制器计算控制命令，控制机械手的运动。
在控制系统设计中，需要考虑传感器的精度、控制器的计算能力和控制算法的设计等因素。
常见的控制算法有PID控制、模糊控制和自适应控制等。
最后，四自由度机械手应用领域广泛。
在工业制造中，机械手可以替代人工完成重复性、危险性和高精度的任务，如焊接、装配和搬运等。
在医疗护理领域，机械手可以用于手术助力、康复训练和辅助生活等。
在服务机器人领域，机械手可以用于家庭服务、餐厅服务和残疾人辅助等。
随着无人驾驶技术的普及，机械手还可以用于车辆维修保养和物流配送等场景。
总之，四自由度机械手的设计涉及机械结构、运动控制系统和应用领域等多个方面。
通过合理设计机械结构，构建高刚性、轻量化的机械手。
运动控制系统的设计保证机械手的运动精度和灵活性。
各个应用领域广泛使用四自由度机械手，提高生产效率和人类生活质量。
随着科技的不断进步，四自由度机械手在未来的应用前景将会更为广阔。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析一、引言随着人工智能和机器人技术的不断发展，仿人机器人已经成为了现实生活中不可或缺的一部分。
仿人机器人的机械臂是其重要的组成部分之一，可以实现多种任务，如工业生产、医疗协助、服务行业等。
设计和研究仿人机器人的机械臂具有重要的意义。
本文将对仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能进行分析和讨论，旨在为相关领域的研究者和开发人员提供参考和借鉴。
文章将从机械臂的设计原理、结构特点、性能参数等方面展开分析，以期为相关领域的研究和开发工作提供有益的启示。
二、仿人机器人四自由度机械臂的设计原理仿人机器人四自由度机械臂是一种具有四个独立运动自由度的机械装置，能够在三维空间内完成复杂的工作任务。
其设计原理主要是模拟人类手臂的动作和结构，实现对目标物体的抓取、移动、放置等操作。
机械臂的设计原理可以从多个方面来考虑，首先是运动特性的设计。
仿人机器人的机械臂通常采用直线运动和旋转运动相结合的设计，以实现多种不同的动作操作。
其次是结构特点的设计，包括连接结构、传动结构、关节结构等，需要考虑臂长、臂段间的柔性连接和刚性连接等因素。
最后是控制系统的设计，通过传感器和执行器来感知外部环境和实现机械臂的运动控制。
1. 关节结构2. 动力传递结构仿人机器人四自由度机械臂的动力传递结构采用传动装置和执行器相结合的设计，能够有效地实现动力传递和运动控制。
传动装置通常采用齿轮、皮带、链条等，能够实现高效的传动效果。
执行器则负责提供动力和控制机械臂的运动。
3. 结构刚度与柔度仿人机器人四自由度机械臂的结构刚度和柔度需要进行合理的设计，以适应不同的工作环境和任务要求。
结构刚度决定了机械臂的稳定性和精度，结构柔度则能够减小机械臂的质量和能量消耗。
1. 负载能力仿人机器人四自由度机械臂的负载能力是衡量其性能的重要指标之一。
负载能力决定了机械臂能够完成的工作任务的种类和范围。
通常来说，负载能力越大，机械臂的应用范围就越广泛。
四自由度机器人设计及运动学动力学分析
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Abstract ........................................................................................................错误!未定义书签。
1绪论 (4)1.1 引言 (4)1.2机器人研究现状及发展趋势 (5)1.3本课题的主要研究内容和工作安排 (10)1.3.1课题研究的背景及意义 (10)1.3.2课题研究的内容及安排 (12)2四自由度串联机器人本体结构设计 (13)2.1机器人的总体方案设计 (13)2.1.1抓取机器人功能需求分析及其特点 (13)2.1.2机器人驱动方案的确定 (14)2.1.3机械传动方案的确定 (15)2.1.3机器人基本技术参数设计 (15)2.1.4机器人本体的总体结构 (17)2.2机器人本体基本结构设计 (18)2.2.1大臂和小臂机械结构设计 (18)2.2.2腕部机械结构设计 (20)2.2.3直线组件的设计选择 (20)2.2.4支架结构设计 (21)2.2.5步进电机与减速器的计算和选择 (22)2.2.6机器人传动轴的校核 (25)2.2.7机器人本体的三维模型 (26)2.3本章小结 (27)3四自由度抓取机器人运动学分析及仿真 (28)3.1机器人运动学分析 (28)3.1.1奇次坐标变换 (29)3.1.2 Denavt-Hartenberg(D-H)表示法 (30)3.1.3抓取机器人运动学模型的建立 (32)3.2机器人运动学方程的建立 (33)3.2.1抓取机器人的正运动学分析 (33)3.2.2工业机器人工作空间分析 (35)3.2.3机器人雅可比（Jacobian）关系求解 (38)3.2.4 抓取机器人的逆运动学分析 (41)3.3四自由度串联机器人运动学仿真 (45)3.3.1虚拟样机技术概述 (45)3.3.2本文用到的ADAMS软件模块 (46)3.3.3建立机器人仿真模型 (47)3.3.4机器人位移仿真分析 (49)3.3.5机器人速度仿真分析 (50)3.4 本章小结 (51)4. 轨迹规划及仿真分析............................................................................. 错误!未定义书签。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析一、引言随着科技的发展，机器人技术不断地得到突破和进步，而仿人机器人的研究也成为了当前的热点之一。
仿人机器人四自由度机械臂作为仿人机器人的重要组成部分，其设计与性能分析显得尤为重要。
本文将对仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能进行详细分析。
1. 结构设计仿人机器人四自由度机械臂的结构设计需要考虑到其在模仿人体手臂动作的具有较好的稳定性和灵活性。
一般来说，仿人机器人四自由度机械臂包括基座、肩部关节、肘部关节和手部末端执行器。
基座用于支撑整个机械臂，肩部关节连接基座和肘部关节，肘部关节连接肩部关节和手部末端执行器。
这样的结构设计使得仿人机器人四自由度机械臂可以模仿人体手臂的运动轨迹和姿态。
2. 关节设计仿人机器人四自由度机械臂的关节设计需要兼顾其运动范围和受力情况。
一般来说，仿人机器人四自由度机械臂的关节设计包括电机、减速器和传动装置。
电机用于驱动机械臂的运动，减速器用于降低电机的转速，并且增加扭矩输出，传动装置用于将电机的转动转化为机械臂的运动。
通过合理的关节设计，能够使得仿人机器人四自由度机械臂具有良好的动作稳定性和较大的运动范围。
3. 控制系统设计1. 运动精度仿人机器人四自由度机械臂的运动精度是其性能的重要指标之一。
一般来说，运动精度可以通过机械臂的姿态误差和末端执行器的定位误差来衡量。
姿态误差是机械臂实际姿态与期望姿态之间的偏差，而末端执行器的定位误差是指实际位置与期望位置之间的偏差。
通过对仿人机器人四自由度机械臂的运动精度进行分析，能够评估其在不同工作条件下的运动表现。
2. 负载能力仿人机器人四自由度机械臂的负载能力是指其能够承受的最大负载。
一般来说，负载能力直接影响机械臂的实际应用范围和工作效率。
通过对仿人机器人四自由度机械臂的负载能力进行分析，能够评估其在不同工作条件下的负载承受能力，为实际工程应用提供参考。
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四自由度机器人
典型四自由度机器人
概述
系统的所有特点，既具有操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检
测传感装置，又具有速度快、精度高、柔性好等特点。
固高科技的GRB系列工业机器人是专门为大中专院校和职业高等技校
机电一体化、制造自动化和自动控制等相关专业提供的一个完全开放、创新
性实验平台，它适合机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计与理论、
数控技术、机器人学、自动控制等相关机电控制类基础实验课程教学。
固高科技的GRB系列工业机器人种类涵盖了两自由度平面机械手
（RR）、三自由度机械手(RRR或RRP)和四自由度直角坐标机械手（PPPR）
和SCARA机器人(RRPR)等多个产品型号。
除进行教学和培训外，GRB系列
工业机器人还可用于细小工件的搬运，电子元件的装配和点胶等工业作业。
工业化设计与制造
z旋转关节采用交流伺服电机驱动，谐波减速器传动；
z平移关节采用交流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动；
z各部件按照工业标准设计和制造。
开放式控制实验平台
z基于PC和DSP运动控制器的开放式硬件平台；
z通用智能运动控制开发平台，采用C++面向对象的设计方法；
z TCP/IP协议远程网络编程、仿真、控制功能；
z配备集成语言编程系统和图形示教软件，便于机器人的编程操作和应用培训；
z配套内容详尽的使用手册和实验指导书，通过实例演示，引导用户学习如何基于运动控
制器开发各种应用软件系统
基础实验内容
z机器人机械、电气、控制、软件结构的认知；
z机器人操作实习；
z机器人运动学问题研究；
z机器人动力学问题研究
创新性和挑战性
z机器人力矩控制方式研究；
z基于智能控制平台开发各种应用软件系统；
z利用平台提供的视觉接口，挑战视觉伺服系统的研究和开发；
z挑战机器人远程监控和多机器人协调工作等研究项目
软件界面（C++）
视觉机器人 系统特点
z 图像处理装置全部采用国外高端工业摄像头和图像采集卡；
z 图像采集卡提供接口函数库，适用于各种开发环境；
z 基于PC 和DSP 运动控制器的开放式硬件平台，提供接口库；
z 配套内容详尽的使用手册和实验指导书，通过实例演示，引导用户学习如何基于运动控
制器开发各种应用软件系统。
参考实验内容
z 机器人机械、电气、控制、软件结构的认知；
z 运动学分析实验
z 精确定位实验
z 轨迹规划实验
z 图形示教实验
z 远程控制仿真与实验
z 图象处理实验
VC 控制软件及其界面
模块化机械平台
四自由度SCARA 机器人技术参数
项 目 指 标
负载能力 提升5Kg / 旋转 2Kg
关节1 800000/r
关节2 800000/r
关节3 2500pulse/mm
增量式编码器交流伺服电机 运动精度（脉冲当量/转） 关节4 240000/r
关节1 20971520 pulse /r
关节2 20971520 pulse /r
关节3 262144 pulse/mm
绝对编码器交流伺服电机 运动精度（脉冲当量/转） 关节4 6291456 pulse /r
XY 轴合成重复定位精度 ±0.05mm
关节3重复定位精度 ±0.02mm
关节4旋转重复定位精度 ±0.05゜
自由度数 4
关节1 ±120゜
增量式编码器电机 ±100゜
关节2 绝对式编码器电机 ±130゜
关节3 0~150mm
每轴最大运动范围 关节4 0~360゜
关节1 6.54 rad/S
关节2 6.54 rad/S
关节3 300 mm/S
每轴最大运动速度 关节4 18.84 rad/S
XY 轴合成最大动运速度 3.3m/s
最大展开半径 400mm
高 度 706mm
本体重量 ≤30Kg
关节1 (长度) 250mm
关节2 (长度) 150mm
几何尺寸 关节3 (行程) 150mm
安装方式 水平安装
安装要求 安装环境 温度：0~45°C
湿度：20~80%RH (不能结露)
震动：0.5G 以下
避免接触易燃腐蚀性液体或气体，远离电
气噪声源
机器人视觉装置系统参数（可选）
项目指标备注
图像采集卡¾支持采集NTSC、PAL、RS170和CCIR标准视频源
¾双视频解码器架构适用于超快的通道切换
¾可连接和切换16个 CVBS通道,8个Y/C或混合输入通道
¾16路 TTL I/O辅助接口和 RS-485串行接口
¾看门狗定时器用于全面监视系统的完整性
¾支持32位33/66 MHz PCI总线主模式
¾配套软件开发包，包括Matrox Imaging Library (MIL)/ActiveMIL,、MIL-Lite/ActiveMIL-Lite
¾支持Microsoft Windows 2000和WindowsXP操作系统
原装进口
CCD工业摄像头¾高分辨率
¾VBS and Y/C 输出
¾电子线路功能
¾单击白平衡
¾预装数字信号处理器DSP
¾TV系统NTSC/PAL
¾图像传感器 Interline
CCD
¾有效像素752*582
¾像素尺寸 8.6*8.3
¾扫描线 625Lines
¾分辨率 470TV lines(水平) 460TV lines（垂直）
¾信噪比 46dB
¾电源DC12V + - 10％
¾镜头接口 C
¾尺寸31（W）×29（H）×80（D）mm
原装进口
定购指南
产品代码产品名称产品描述
GRB3014 四自由度SCARA机械手
ARB-MB-2004-II 四自由度机械臂本体
GT-400-SG-PCI-EDU GT-400-SG型运动控制器
ARB-EB-4 四轴电控模块
ARB-RM-2 电磁手爪
ARB-WP 演示部件组件
SRB-VC-4 多自由度机器人控制软件（含源代码）
GRB3024 带支架的四自由度机械臂
ARB-MB-2004-II 四自由度机械臂本体
ARB-BS-1 铝型材支架
GT-400-SG-PCI-EDU GT-400-SG型运动控制器
ARB-RM-2 电磁手爪
ARB-WP 演示部件组件
SRB-VC-4 多自由度机器人控制软件（含源代码）
GRB3034 带单目视觉装置SCARA机械手
ARB-MB-2004-II 四自由度机械臂本体
ARB-BS-1 铝型材支架
GT-400-SG-PCI-EDU GT-400-SG型运动控制器
ARB-RM-2 电磁手爪
ARB-WP 演示部件组件
ARB-VM-1 机器人单目视觉模块
SRB-VC-4-1VS 单目视觉机器人控制软件（含源代码）
GRB3044 带双目视觉装置SCARA机械手
ARB-MB-2004-II 四自由度机械臂本体
ARB-BS-1 铝型材支架
GT-400-SG-PCI-EDU GT-400-SG型运动控制器
ARB-VM-2 机器人双目视觉模块
ARB-RM-2 电磁手爪
ARB-WP 演示部件组件
SRB-VC-4-1VS 单目视觉机器人控制软件（含源代码）
SRB-VC-4-2VS 双目视觉机器人演示软件（含源代码）
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传真:86-755-26970846
电邮: GOOGOL@
网址: 。