关于六自由度并联机器人运动控制系统的结构设计

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六自由度机器人控制系统设计

1前言1.1 焊接机器人的发展历史与现状现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。

美国原子能委员会下属的阿尔贡研究所为解决可代替人进行放射性物质的处理问题，在1947年研制了遥控式机械手臂；1948年又相继开发了电气驱动式的主从机械手臂，从而解决了对放射性物质的进行远距离操作的问题。

1954年，美国科学家戴沃尔最先提出工业机器人的概念，并申请了新的专利。

其主要特点是借助伺服技术来控制机器人的关节，并利用人手对机械手臂进行动作示教，机械手臂能实现人物动作的记录和再现。

这就是示教再现机械臂，现在所用的机械手臂差不多都采用这种控制方式。

伴随着现代社会的发展，为了提高生产效率，稳定和提高产品的质量，加快实现工业生产机械化，改善工人劳动条件，已经大大改进了机械手臂的性能，并大量应用于实际生产中，尤其是在高压、高温、多粉尘、高噪音和重度污染的场合。

焊接机器人的诞生可以追溯到上世纪70年代，是由日本发那科（FANUC）公司生产的小型机器人改进的，受限于当时的技术手段以及高昂的造价，使得当时的焊接机器人不能得到很好的应用。

机械手臂是一种工业机器人，它由控制器、操作机、检测传感装置和伺服驱动系统组成，是一种可以自动控制、仿人手操作、可以重复编程、可以在三维空间进行各种动作的自动化生产设备。

机械手臂首先是在汽车制造工业中使用的，它一般可进行焊接、上下料、喷漆以及搬运。

它可代替人们进行从事繁重、单调的重复劳动作业，并且能够大大改善劳动生产率，提高产品的质量[1]。

到了90年代初，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。

工业机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。

在西方国家，由于劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力，而机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广应用带来了契机，采用机器人的利润显然要比采用人工所带来的利大，使得焊机机器人得到了推广，同时技术的进步也使得焊机机器人技术得到很大提高。

六自由度并联机器人简介

六自由度并联简介六自由度并联简介1、概述1.1 介绍六自由度并联是由六个自由度的运动链构成的系统。

它具有较大的工作空间和高精度的姿态控制能力，被广泛应用于工业自动化、医疗手术和科学研究等领域。

1.2 组成六自由度并联由底座、连杆链、末端执行器和控制系统组成。

底座是系统的基础部分，连杆链由六个连杆和连接它们的关节组成，末端执行器用于完成具体的任务，控制系统用来控制的运动和姿态。

1.3 工作原理六自由度并联通过控制各个关节的运动，实现末端执行器的多自由度运动。

它利用逆运动学和正运动学方法，根据所需的末端执行器位置和姿态计算各个关节的运动参数，从而实现所需的运动。

1.4 应用领域六自由度并联广泛应用于各个领域，包括工业自动化、医疗手术、科学研究等。

在工业自动化中，它可以用于装配、搬运和焊接等任务；在医疗手术中，它可以用于精确的手术操作；在科学研究中，它可以用于实验室操作和精密测量等。

1.5 优势和挑战六自由度并联具有较大的工作空间、高精度的姿态控制能力和多自由度的运动能力，能够完成复杂的任务。

然而，它也面临着运动学反解难题、运动参数优化和控制精度等挑战。

2、结构设计2.1 运动链设计六自由度并联的运动链设计需要考虑的工作空间、负载要求和运动学特性等因素。

运动链的设计通常采用刚性杆件和关节连接的方式，确保的刚性和稳定性。

2.2 关节设计关节是六自由度并联运动链中的重要组成部分，关节的设计需要考虑承载能力、转动范围和精度等因素。

通常采用电机和减速器组成的驱动系统来实现关节的运动控制，并配合传感器进行反馈控制。

2.3 连杆设计连杆是六自由度并联运动链中的连接部件，连杆的设计需要考虑刚性、轻量化和可靠性等要求。

通常采用高强度材料，采用优化设计和仿真分析等方法来提高连杆的性能。

2.4 末端执行器设计末端执行器是六自由度并联的最终工作部件，它根据具体任务的要求来设计。

末端执行器通常包括夹爪、工具或传感器等，可以完成抓取、加工和测量等任务。

六自由度并联机构设计说明书

（需微要信 swan165本科毕业设计说明书学校代码： 10128 企鹅号： 1663714557 题目：六自由度伸缩式并联机床结构设计学生姓名：学院：机械学院系别：机械系专业：机械电子工程班级：机电10-4班指导教师：讲师摘红字要并联系联机微床信，也可叫获取做整套并联结构机床(Parallel Structured Machine Tools)、虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tools)，曾经被称为六条腿机床、六足虫(Hexapods)。

并联机床是近年来国内外机床研究的方向，它具有多自由度、刚度高、精度高、传动链短、制造成本低等优点。

但其也不足之处，其中位置正解复杂就是关键的一条。

6-THRT伸缩式并联机床是Stewart 机床的一种变形结构形式，它主要构成是运动和静止的两个平台上的6个关节点分别分布在同一个平面上，且构成的形状相似。

并联机床是一种气动机械，集气（液），在一个典型的机电一体化设备的控制技术，它是很容易实现“六轴联动”，在第二十一世纪将成为主要的高速数控加工设备。

本次毕业设计题目结合本院实验室现有的六自由度并联机床机构进行设计，使其能根据工艺要求进行加工。

提高学生的工程素质、创新能力、综合实践及应用能力。

此次毕业设计的主要内容是对并联机床结构设计，其内容主要包括机器人结构设计总体方案的确定，机器人机构设计的相关计算，以及滚珠丝杠螺母副、步进电机、滚动轴承、联轴器等主要零部件的计算选用，并利用CAXA软件绘制各相关零部件的零件图和总装配图，以期达到能直观看出并联机床实体机构的效果。

关键词：并联机床；步进电动机；空间变换矩阵；滚珠丝杠螺母副AbstractPMT (Parallel Machine Tools), also known as the parallel structure machine (Parallel Structured Machine Tools), Virtual Axis Machine Tool, has also been known as the six-legged machine, six-legged insects (Hexapods).Parallel machine is in recent years the domestic machine tool research hot spot, it has multiple degrees of freedom, high rigidity, high precision, short transmission chain, with low manufacturing cost.But its shortcomings, in which the forward solution of position of a complex is the key. 6-THRT telescopic type parallel machine tool is Stewart machine tools, a deformable structure form, it is the main characteristics of dynamic, static platform on the 6joints are respectively distributed on the same plane, and form the shape similarity.Parallel machine is a mechanical, pneumatic (hydraulic), control technology in one of the typical electrical and mechanical integration equipment. Parallel machine is easy to achieve "six-axis", is expected to become the 21st century, the main high-speed light CNC machining equipment. The combination of hospital laboratory construction project, located six-DOF parallel machine tool sector, so that it can be processed according to process requirements. Improve their engineering quality, innovation, comprehensive practice and application of skills.The main topics for the design of parallel machine tool design, its content includes the determination of robot design, robot design and calculation, and the ball screw pair, stepping motor, bearings, couplings, limit switch, spindle ,and other major components using CAXA software to draw the relevant parts of the parts drawings, and assembly drawings to achieve the parallel machine tool can directly see the effect of physical bodies.Keywords: parallel machine；Six axis linkage；space transformation matrix；ball screw pair目录第一章绪论 (1)1.1 课题的研究背景 (1)1.2 课题研究的意义 (2)1.3 课题的研究内容步骤 (2)1.3.1并联机构介绍 (3)1.3.2并联机床设计类型的选定 (3)1.3.3 并联机床结构设计的相关计算 (4)1.3.4 各零部件与装配图的设计出图 (4)第二章并联机床部件设计与计算 (6)2.1 6-THRT 伸缩式并联机床位置逆解计算与分析 (6)2.1.1 6-THRT并联机器人机械结构简介 (7)2.1.2坐标系的建立 (7)2.1.3 初始条件的确立 (8)2.1.4 空间变换矩阵的求解 (9)2.1.5 新坐标及各轴滑块移动量的计算 (10)2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (12)2.2.1 最大工作载荷的计算 (12)2.2.2 最大动载荷的计算 (13)2.2.3 规格型号的初选 (13)2.2.4 传动效率的计算 (13)2.2.5 刚度的验算 (14)2.2.6 稳定性的校验 (15)2.3 滚动轴承的选用 (15)2.3.1 基本额定载荷 (15)2.3.2 滚动轴承的选择 (16)2.3.3 轴承的校核 (16)2.4 步进电动机的计算与选型 (17)2.4.1 步进电机转轴上总转动惯量的计算 (17)2.4.2 步进电机转轴上等效负载转矩的计算 (18)2.4.3 步进电动机尺寸 (21)2.5 联轴器的选用 (21)第三章并联机床的结构设计 (23)3.1 机床中的并联机构 (23)3.1.1概念设计 (23)3.1.2运动学设计 (23)3.2杆件的配置 (23)3.2.1 杆件设计 (24)3.2.2 伸缩套筒 (25)3.3铰链的设计（虎克铰） (25)3.4机床框架和床身的设计 (26)第四章并联机床的装配出图 (28)4.1 Pro/E软件的概述 (28)4.2 Pro/E的功能 (28)4.3 CAXA电子图版简介 (28)4.4 二维图的绘制处理 (29)第五章并联机床面临的主要技术问题及前景 (30)5.1 引言 (30)5.2机床的关节运动精度问题 (30)5.3 并联机床的未来展望 (31)结论 (32)参考文献 (33)谢辞 (34)第一章绪论1.1 课题的研究背景为了改善生产环境的适应性，满足快速变化的市场需求，近年来制造设备和系统，全球机床制造业正在积极探索和开发新的功能，其中在机床结构技术上的突破性进展当属90年代中期问世的并联机床(Parallel Machine Tools)，又称虚(拟)轴机床(Virtual Axis Machine Tool)或并联运动学机器(Parallel Kinematics Machine)[12]。

六自由度轻载搬运机器人控制系统设计

六自由度轻载搬运机器人控制系统设计引言：一、机器人建模和运动学分析机器人的建模和运动学分析是控制系统设计的基础。

通过建模和运动学分析，可以确定机器人的运动范围和运动学方程，为后续的控制系统设计提供基本参数。

二、传感器选择和安装为了对机器人的姿态和位置进行实时监测，需要选择合适的传感器进行安装。

常用的传感器包括编码器、惯性测量单元（IMU）、视觉传感器等。

传感器的选择应根据机器人的特点和工作环境进行综合考虑。

三、运动控制算法设计机器人的运动控制算法设计是控制系统设计的核心。

常用的运动控制算法包括逆运动学算法、轨迹规划算法和运动控制算法。

逆运动学算法用于确定机器人关节的运动参数，轨迹规划算法用于生成机器人的轨迹，运动控制算法用于实现轨迹的跟踪和运动控制。

四、控制器设计和实现控制器是实现运动控制的关键组件。

根据机器人的特点和运动控制要求，可以选择合适的控制器类型，如PID控制器、模糊控制器或神经网络控制器等。

控制器的设计和实现应考虑控制精度、实时性和计算复杂度等因素。

五、通信和接口设计为了实现机器人与外部设备的通信和数据交换，需要设计合适的通信和接口模块。

常用的通信和接口模块包括以太网通信、串口通信和CAN总线通信等。

通信和接口设计应考虑通信速率、数据处理能力和数据安全性等因素。

六、系统集成和测试系统集成和测试是控制系统设计的最后一个阶段。

在系统集成和测试过程中，需要将各个组件进行整合，并进行系统级测试和验证。

测试结果可以用于对系统性能进行评估和改进。

结论：六自由度轻载搬运机器人控制系统设计是一项复杂且关键的工作。

通过建模和运动学分析，传感器选择和安装，运动控制算法设计，控制器设计和实现，通信和接口设计以及系统集成和测试等过程，可以设计出一个稳定、高效的控制系统。

同时，不同的机器人应根据其特点和工作环境进行系统的个性化设计，以满足特定的应用需求。

《六轴协作机器人的运动控制系统设计》

《六轴协作机器人的运动控制系统设计》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，六轴协作机器人因其实时性、高精度以及高度灵活的特点，被广泛应用于各个行业中。

而一个高效的、精确的运动控制系统设计，则是六轴协作机器人发挥其优势的关键。

本文将详细阐述六轴协作机器人的运动控制系统设计，从系统架构、硬件设计、软件设计、算法实现及性能评估等方面进行全面探讨。

二、系统架构设计六轴协作机器人的运动控制系统架构主要包括硬件层、驱动层、控制层和应用层。

硬件层负责机器人的机械结构及传感器等硬件设备的连接；驱动层负责将控制层的指令转化为电机等执行机构的动作；控制层是整个系统的核心，负责接收传感器数据、计算控制指令并输出给驱动层；应用层则是根据具体应用场景，对控制层的输出进行进一步处理和优化。

三、硬件设计硬件设计是六轴协作机器人运动控制系统的基础。

主要涉及电机选择、传感器配置、电路设计等方面。

电机选择应考虑其扭矩、速度、精度等指标，以满足机器人的运动需求。

传感器配置则包括位置传感器、力传感器等，用于获取机器人的状态信息。

电路设计则需保证系统的稳定性和可靠性，确保机器人能够长时间、高效地运行。

四、软件设计软件设计是六轴协作机器人运动控制系统的灵魂。

主要包括操作系统选择、控制算法实现、人机交互界面设计等方面。

操作系统应具备实时性、稳定性等特点，以保证机器人的高效运行。

控制算法是实现机器人精确运动的关键，包括路径规划、运动控制、避障算法等。

人机交互界面则方便操作人员对机器人进行控制和监控。

五、算法实现算法实现是六轴协作机器人运动控制系统的核心技术。

主要包括路径规划算法、运动控制算法和避障算法等。

路径规划算法应根据具体任务和工作环境，为机器人规划出最优路径。

运动控制算法则负责控制机器人的运动，使其按照规划的路径进行精确运动。

避障算法则能在机器人运动过程中，实时检测障碍物并做出相应调整，保证机器人的安全运行。

六、性能评估性能评估是六轴协作机器人运动控制系统设计的重要环节。

(完整版)六自由度机器人结构设计

六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真学科：机电一体化姓名：袁杰指导老师：鹿毅答辩日期： 2012.6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。

典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多是固定在生产线或加工设备旁边作业的，本论文作者在参考大量文献资料的基础上，结合项目的要求，设计了一种小型的、固定在AGV 上以实现移动的六自由度串联机器人。

首先，作者针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比较，选择其中最优的方案进行了结构设计；同时进行了运动学分析，用D-H 方法建立了坐标变换矩阵，推算了运动方程的正、逆解；用矢量积法推导了速度雅可比矩阵，并计算了包括腕点在内的一些点的位移和速度；然后借助坐标变换矩阵进行工作空间分析，作出了实际工作空间的轴剖面。

这些工作为移动式机器人的结构设计、动力学分析和运动控制提供了依据。

最后用ADAMS 软件进行了机器人手臂的运动学仿真，并对其结果进行了分析，对在机械设计中使用虚拟样机技术做了尝试，积累了经验。

第1 章绪论1.1 我国机器人研究现状机器人是一种能够进行编程，并在自动控制下执行某种操作或移动作业任务的机械装置。

机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及人工智能等多种科学的最新研究成果，是机电一体化技术的典型代表，是当代科技发展最活跃的领域。

机器人的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。

近十几年来，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。

我国是从 20 世纪80 年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。

1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划。

1987 年，我国的“863”计划将机器人方面的研究列入其中。

目前，我国从事机器人的应用开发的主要是高校和有关科研院所。

六自由度机器人结构设计

六自由度机器人结构设计六自由度机器人是一种具有六个独立自由度的机器人系统，允许其在六个不同的方向上进行平移和旋转运动。

这种机器人系统被广泛应用于工业自动化、医疗、航天航空等领域。

在设计六自由度机器人结构时，需要考虑机器人的运动灵活性、精度和稳定性等因素。

本文将探讨六自由度机器人的结构设计。

1.机械结构设计六自由度机器人的机械结构设计是其最基本的设计要素之一、一般而言，六自由度机器人由底座、连接杆、关节和末端执行器等部分组成。

在设计机械结构时，需要考虑机器人的工作空间要求、重量和刚度等因素。

一种常见的结构设计是将机器人分为两个连杆外部结构和四个内部关节连杆结构，以实现较高的精度和稳定性。

2.关节传动系统设计关节传动系统是六自由度机器人结构中的核心组成部分。

六自由度机器人通常使用直流电动机或步进电动机作为驱动器。

在选择驱动器时，需要考虑其扭矩、精度和响应速度等因素。

同时，传动系统也需要选择合适的减速器、链条或齿轮传动等机械传动装置来实现关节的运动。

3.传感器系统设计传感器系统是六自由度机器人结构中的关键部分，用于实现机器人对外部环境和自身状态的感知。

常用的传感器包括编码器、力/力矩传感器、视觉传感器等。

编码器可用于测量关节的位置和速度，力/力矩传感器用于感知机器人对外部环境的力或力矩作用，视觉传感器用于感知机器人周围的物体和环境。

传感器系统设计需要考虑传感器的精度、可靠性和与其他系统的配合等因素。

4.控制系统设计控制系统设计是六自由度机器人的关键环节，用于实现机器人的运动控制和路径规划。

控制系统通常采用计算机或嵌入式系统来实现。

在控制系统设计时，需要考虑机器人的动力学和运动学模型，以及相应的控制算法和控制器设计。

常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。

5.安全系统设计安全系统设计是六自由度机器人结构设计的重要组成部分，用于保证机器人的运行安全。

安全系统设计包括安全门、急停按钮、碰撞检测装置等。

六自由度机器人结构设计

六自由度机器人结构设计
六自由度机器人是一种常见的机器人结构，它具有六个自由度，可以在三维空间中进行复杂的运动和操作。

这种机器人结构设计广泛应用于工业生产线、医疗机器人、危险环境处理等领域。

在本文中，将详细介绍六自由度机器人的结构设计及其相关内容。

首先，六自由度机器人的结构设计包括机身结构、关节结构和执行器结构三个方面。

机身结构方面，需要考虑机器人的整体刚度和轻量化设计。

一般采用铝合金或碳纤维等轻质材料制作机身结构，以提高机器人的运动速度和机械臂的载荷能力。

同时，采用模块化设计，使得机身结构可以方便更换和维修。

关节结构方面，关节是机器人运动的关键部件。

六自由度机器人通常采用旋转关节和直线推动关节的组合形式。

旋转关节通过电机驱动实现机械臂的旋转运动，而直线推动关节通过气动或液压系统实现机械臂的伸缩运动。

关节结构的设计需要考虑机械臂的运动范围、精度和承载能力等因素，以满足机器人的工作需求。

除了以上三个方面的设计，还需考虑机器人的运动控制和感知系统等方面。

在六自由度机器人的运动控制方面，通常采用闭环反馈控制系统，通过编码器或传感器等装置实时监测机械臂的位置和姿态，并根据设定的轨迹和工作要求进行控制。

感知系统方面，采用视觉、力觉或力矩感知等技术，使机器人能够感知周围环境和物体特征，实现精确的位置和力量控制。

新型六自由度钢带并联机器人的机构设计

联机器人的功能特点、存在问题与应用前景。研究结果表明，弯曲圆弧截面的钢带运动副可使钢带并联机器人具有一定的承压能
力，因此钢带并联机器人兼具杆支撑并联机构和绳牵引并联机构的一些特点，有广泛的应用前景。具关键词：带并联机器人；带运动副；简装置；弧截面钢钢卷圆中图分类号：Ｈ１２Ｔ２；Ｐ４Ｔ２；Ｈ１３Ｔ２２文献标志码：Ａ文章编号：０１— ５１２１）２— １７— ５１０４５（０１００５０
Ｔｈｕｃｔｎｅｆｎｉｓ，ｅｉｔｎｒｂｅｎｐｐｉｄｐｏｐｅｔｗｅｅａｌｚｎｈｅｃｎｃｕｉｎｔａｈｅｓｅｌｂａｄｗｉｉｃｌｒａｃＣＯＳｓｃｉｎｃｎｏｘｓｉｇｐｏｌｍｓａｄａｌｅｒｓｃｒｎａｙｅｄａｄｔｏｌｓｏｈｔｔｔｅｎｔｃｒｕａｒＲＳ — ｅｔｏａｈ
ｓｐｒｅａａｌｌｍａｐｕａｏｕｔａｓｎｗｉｅｄｖｎｐａａｌｌｍａｉｕａｏ，ａｄｐｓｅｓｓａｘｅｓｖｒｓｃｆａｐｌａｉｎ．ｕｐｏｔｄｐｒｌｅｎｉｌｔｒｂｌｏｉｒ — ｒｅｒｌｅｎｐｌｔｒｎｏｓｓｅｎｅｔｎｉｅｐｏｐｅｔｏｐｉｔｏｉｃ
Ａｂｓｒｔ：Ａｅｓｙｅｓｅｌｂｎａａｌｌｒｂｔｗｉｈｓｘｄｅｒｆｆｅｄｍｓｄｖｌｐｅｔｖｒｏｈｏｍｏｒｂｅｎｄｂｏｄｎｔｅｔａｃｎｗ—ｔｌｔｅａｄｐｒｌｅｏｏｔｉｇｅｅｏｒｅｏｗａｅｅｏｄｏｏｅｃｍｅｔｅｃｍｎｐｏｌｍｓａｒａｅｈ

六自由度协作机器人控制系统设计研究

六自由度协作机器人控制系统设计研究摘要：随着工业自动化的发展，协作机器人在生产领域中的应用越来越广泛。

本文以六自由度协作机器人的控制系统设计为研究对象，通过分析其结构和特点，提出了一种基于视觉传感器的控制系统设计方案。

该方案利用视觉传感器获取环境信息，通过算法处理并生成控制指令，实现机器人的精确定位和协同工作。

通过实验验证，该控制系统设计方案具有良好的性能和可行性，可以满足六自由度协作机器人在实际生产中的需求。

关键词：六自由度协作机器人；控制系统；视觉传感器；定位；协同工作引言：六自由度协作机器人是一种具有多关节和灵活运动能力的机器人，能够实现与人类工作人员的安全协作。

然而，六自由度协作机器人的控制系统设计是一个复杂的问题，涉及到机器人的感知、决策和执行等多个方面。

因此，研究六自由度协作机器人的控制系统设计具有重要的理论和实际意义。

一、六自由度协作机器人的结构和特点六自由度协作机器人由机械臂和控制系统组成，机械臂具有六个自由度，能够实现多方向的运动和灵活的操作。

六自由度协作机器人的特点包括：高精度、高速度、高灵活性和高安全性等。

二、基于视觉传感器的控制系统设计方案为了实现六自由度协作机器人的精确定位和协同工作，本文提出了一种基于视觉传感器的控制系统设计方案。

该方案主要包括以下几个步骤：1. 视觉传感器获取环境信息：利用视觉传感器对机器人周围的环境进行感知，获取目标物体的位置和姿态信息。

2. 算法处理并生成控制指令：通过算法对获取的环境信息进行处理，计算出机器人的运动轨迹和控制指令。

3. 机器人执行控制指令：将生成的控制指令传输给机器人控制系统，机器人根据指令进行相应的动作，实现精确定位和协同工作。

三、实验验证与性能评估为了验证该控制系统设计方案的性能和可行性，进行了一系列实验。

实验结果表明，该控制系统设计方案能够实现六自由度协作机器人的精确定位和协同工作，具有良好的性能和可靠性。

结论：本文通过对六自由度协作机器人的控制系统设计进行研究，提出了一种基于视觉传感器的控制系统设计方案。

六个自由度机器人设计报告

基于PLC的六自由度机械手复杂运动控制学院：电气工程与自动化学院专业班级：自动化133班学号：07号学生姓名：***指导老师：刘飞飞老师日期：2016/5/20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。

典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多是固定在生产线或加工设备旁边作业的，本论文作者在参考大量文献资料的基础上，结合任务书的要求，设计了一种小型的实现移动的六自由度串联机器人。

首先，作者针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比较，选择其中最优的方案进行了结构设计；同时进行了运动学分析，用D- H 方法建立了坐标变换矩阵，推算了运动方程的正、逆解。

机器人广泛应用于工业、农业、医疗及家庭生活中，工业机器人主要应用领域有弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。

总之，工业机器人的多领域广泛应用，其发展前景广阔。

关键词：机器人关节，运动学分析，工业机器人，自由度第一章绪论 (4)1.1引言 (4)1.2机器人的产生与发展史 (4)1.3国内外机器人的发展状况及发展战略 (6)1.4六自由度机械手复杂运动控制的现实意义 (9)1.5 PLC在设计中的应用 (10)第二章机械手的总体方案设计 (11)2.1 机械手基本形式的选择 (11)2.2 机械手的主要部件及运动 (12)2.3驱动机构的选择 (12)2.4传动机构的选择 (12)第三章六自由度机械手的坐标建立及运动学分析 (13)3.1 系统描述及机械手运动轨迹设计方式 (13)3.1.1 机器人技术参数一览表 (13)3.1.2 机械手运动轨迹设计方式 (14)3.2 平面复杂轨迹设计目的 (18)3.2.1“西”字的轨迹设计和分析 (18)3.2.2“南”字的轨迹设计和分析 (19)3.2.3机械手的起始位姿和末态位姿 (20)3.3机械手轨迹设计中坐标系的建立 (20)3.4 平面轨迹设计的正运动学分析 (29)3.4.1. 平面轨迹设计的正运动学分析原理 (29)3.4.2 正运动学分析步骤及计算 (29)3.5 六自由度机械手轨迹设计中的逆运动学分析 (30)3.5.1.机械手逆运动学分析原理 (30)3.5.2.逆运动学分析步骤及计算 (31)第四章PLC控制机械手运动轨迹设计与分析 (35)4. 1可编程序控制器的选择及工作过程 (35)4.1.1 可编程序控制器的选择 (35)4.1.2 可编程序控制器的工作过程 (35)4.2 控制系统设计 (36)（一）控制系统硬件设计 (36)1. PLC梯形图中的编程元件 (37)2． PLC的I/O分配 (37)3 机械手控制系统的外部接线图 (38)（二）控制系统软件设计 (38)第五章总结 (40)参考文献 (41)第一章绪论1.1引言机器人是当代科学技术的产物，是高新技术的代表。

六自由度并联机器人简介

六自由度并联简介六自由度并联简介1. 引言本文旨在介绍六自由度并联的基本概念、结构设计、运动学和动力学分析等内容。

六自由度并联是一种能够实现六个自由度运动的系统，具有广泛的应用领域，包括工业制造、医疗手术、半导体加工等。

2. 结构设计2.1 结构概述六自由度并联由基座、运动平台和连杆组成。

基座固定在地面上，运动平台通过多个连杆与基座相连，形成六个自由度。

运动平台上还装配有执行器和传感器等设备，用于控制和监测的运动状态。

2.2 连杆设计连杆是连接基座和运动平台的关键部件，其长度和形状对的运动性能有重要影响。

连杆的设计需要考虑运动范围、负载能力和结构强度等因素。

2.3执行器和传感器执行器用于驱动的运动，常见的执行器包括电机和液压缸等。

传感器用于监测的位置、力量和反馈信息，以实现自适应控制和安全保护。

3. 运动学分析3.1 坐标系建立建立的基座坐标系和运动平台坐标系，用于描述的位置和姿态。

3.2 正运动学通过正运动学方程，计算出给定关节变量下的末端位置和姿态。

正运动学方程是解决逆运动学问题的基础。

3.3 逆运动学逆运动学问题是指已知的末端位置和姿态，求解对应的关节变量。

采用数值方法或解析法求解逆运动学问题，以实现精确控制。

4. 动力学分析4.1 质心和惯性参数确定各部件的质量分布和惯性参数，建立动力学模型。

4.2 动力学方程建立的动力学方程，描述在给定控制力和力矩下的运动规律。

动力学方程求解可以实现的动态控制和冲击响应分析。

5. 应用领域6自由度并联在工业制造、医疗手术、半导体加工等领域具有广泛的应用。

通过灵活的运动和高精度的控制，该能够完成复杂的工作任务，并提高生产效率和产品质量。

6. 结束语本文对六自由度并联的结构设计、运动学和动力学分析进行了详细介绍。

希望通过本文的阅读，读者能够对该系统有更深入的了解。

1.本文档涉及附件：本文档附有六自由度并联的结构图、运动学和动力学分析的数学模型和各部件的技术参数表格等。

六轴工业机器人控制系统的设计与实现

六轴工业机器人控制系统的设计与实现六轴工业机器人是一种多关节的机器人，能够在多个自由度上执行各种复杂的任务。

它在汽车制造、电子产品组装、金属加工等工业领域扮演着重要的角色。

而六轴工业机器人的控制系统则是实现其精准运动和灵活操作的关键。

本文将对六轴工业机器人控制系统的设计与实现进行详细的介绍。

一、六轴工业机器人的结构六轴工业机器人通常由机械结构和控制系统两部分组成。

机械结构由基座、臂、腕和末端执行器等部件组成，这些部件通过关节连接在一起，形成具有六个自由度的机械臂。

控制系统则是通过传感器和执行器对机械结构进行控制，使其能够完成各种精准的运动。

二、六轴工业机器人的控制系统设计1. 控制系统架构设计六轴工业机器人的控制系统通常采用分层控制结构，包括传感器层、执行器层、实时控制层和上位控制层。

传感器层用于采集机械臂的位置、速度和力矩等数据，执行器层用于控制机械臂的各个关节，实时控制层用于实时计算机械臂的控制指令，上位控制层用于人机交互和任务规划等。

2. 运动学建模运动学是六轴工业机器人控制系统设计的基础，通过对机械臂的运动学建模，可以精确地描述机械臂的运动规律，从而实现对机械臂的精准控制。

一般采用DH参数法或欧拉角法进行建模，得到机械臂的正运动学和逆运动学方程。

3. 动力学建模动力学建模是六轴工业机器人控制系统设计的关键，通过对机械臂的动力学建模，可以得到机械臂的动力学方程，从而实现对机械臂的力矩控制。

一般采用拉格朗日方程或牛顿-欧拉方程进行建模，得到机械臂的动力学方程。

4. 控制算法设计控制算法是六轴工业机器人控制系统设计的核心，通过对机械臂的控制算法设计，可以实现对机械臂的精准控制。

常用的控制算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制和模型预测控制等。

三、六轴工业机器人控制系统的实现1. 传感器和执行器选择六轴工业机器人的控制系统需要选择合适的传感器和执行器，以实现位置、速度和力矩的测量和控制。

常用的传感器包括编码器、惯性传感器和力传感器，常用的执行器包括电机、液压缸和气动缸等。

并联六自由度微动机器人机构设计

摘要为了提高生产效率和焊接质量，满足特定的工作要求，本题设计用于焊接的关节型机器人的手腕和末端执行器。

根据机器人的工作要求进行了机器人的总体设计。

确定机器人的外形时，拟定了手腕的传动路径，选用直流电动机，合理布置了电机、轴和齿轮，设计了齿轮和轴的结构，并进行了强度校核计算。

传动中采用了软轴、波纹管联轴器和行星齿轮机构，实现了摆腕、转腕和提腕的六个自由度的要求。

设计中大多采用了标准件和常用件，降低了设计和制造成本。

关键词：自由度；焊接；手腕AbstractIn order to improve the production efficiency and welding quality, to meet the specific requirements of the work, the design of this thesis is used for the wrist of welding articulated robot and the end of the actuator. According to the requirements of the robots’ work, we make overall design of the robot. When determining the shape of the robot, drawing up the transmission path of the wrist, selecting of DC motor, arranging the motor, the shaft and the gear reasonable, and checking the strength. The transmission apply to flexible shafting, bellows coupling and planetary gear mechanism, achieving to put the wrist, turn the wrist and raise the wrist to mention the requirements of the six degrees of freedom. The designs mainly use standard parts and common pa rts, reducing the costs of design and manufacturing.Keywords: degree of freedom; welding; wrist目录摘要.............................................................................................. I I Abstract ......................................................................................... I I 第1章前言 (1)1.1 机器人的概念 (1)1.1.1 操作机 (1)1.1.2 驱动单元 (2)1.1.3 控制装置 (2)1.1.4 人工智能系统 (2)1.2 题目来源 (2)1.3 技术要求 (2)1.4 本设计要解决的主要问题及设计总体思路 (2)第2章国内外研究现状及发展状况 (4)2.1 研究现状 (4)2.1.1 工业机器人 (4)2.1.2 先进机器人 (5)2.2 发展趋势 (7)第3章总体方案设计 (9)3.1 机械结构类型的确定 (9)3.1.1 圆柱坐标型 (9)3.1.2 直角坐标型 (9)3.1.3 球坐标型 (9)3.1.4 关节型 (9)3.1.5 平面关节型 (9)3.2 工作空间的确定 (10)3.3 手腕结构的确定 (11)3.4 基本参数的确定 (11)第4章手腕的结构设计与计算 (12)4.1 机器人驱动方案的分析和选择 (12)4.2 手腕电机的选择 (13)4.2.1 提腕电机的选择 (13)4.2.2 摆腕和转腕电机的选择 (13)4.3 传动比的确定 (13)4.3.1 提腕总传动比的确定 (13)4.3.2 转腕和摆腕传动比的确定 (14)4.4 传动比的分配 (14)4.5 齿轮的设计 (15)4.5.1 提腕部分齿轮设计 (15)4.5.2 转腕部分齿轮设计 (22)4.5.3 摆腕部分齿轮设计 (24)4.6 轴的设计和校核 (26)4.6.1 输出轴的设计 (26)4.6.2 传动轴的设计 (26)4.6.3 轴的强度校核 (29)4.7 夹持器的设计 (33)4.8 壳体的设计 (33)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)CONTENTSAbstract ........................................................... 错误！未定义书签。

六自由度协作型机器人的结构设计与运动规划

收稿日期:2018年4月1研究背景机器人技术的发展已有数十年,但协作型机器人仍处于刚起步的状态,协作型机器人是工业机器人未来的发展方向,具备力感知能力。

不同于传统工业机器人工作的围栏封闭性,协作型机器人更适合于开放的环境,适用于同工人一起作业和装配的柔性生产线环境[1-2]。

在工业4.0环境下,未来的工厂不只是追求自动化和无人化,而是更倾向于人与机器人协作的一体化环境。

协作型机器人的结构更加紧凑,且更加轻便,最大特点在于关节的集成化程度高,具备碰撞、检测、拖动示教的功能。

现有协作型机器人通常采用电机电流来控制关节力矩,实现协作型机器人物理接触的安全性。

但在负载增大时,仍存在安全性不足的问题。

笔者研究的目的是设计一款具有关节力反馈功能的协作型机器人,提高其安全性。

在设计集成度较高的关节基础上,同时采用力矩传感器直接对外力进行感知,使关节的力感知灵敏度更高。

笔者完成了机械臂关节的详细结构设计,对一些关键连杆进行了强度校核,建立了机器人的数学模型,完成了机器人从笛卡尔空间到关节空间的逆解,得到完全的解析解[3-4]。

借助MATLAB 软件实现了基于正弦加减速的直线轨迹运动算法和仿真,在试验平台上验证了运动学算法的正确性。

2结构设计2.1集成化关节结构集成化关节的整个布局方案从输入端到输出端为电机驱动器、抱闸、位置传感器、无框电机、谐波减速器、力矩传感器。

整个关节的设计剖面图如图1所示。

采用电磁铁机构抱闸代替传统干式双面摩擦抱闸,体积小。

传统干式双面摩擦抱闸铁心中的剩磁会影响驱动器中的霍尔电流传感器。

六自由度协作型机器人的结构设计与运动规划□周楠□张波上海交通大学机械与动力工程学院上海200240摘要:基于工业需求,设计了一种六自由度协作型机器人。

这一机器人集成了力矩传感器、谐波减速器、无框电机、位置传感器等,在构型上能够保证腕关节360°全周转动。

对这一机器人的结构与构型进行了介绍,并对Denavit-Hartenberg 模型与逆运动学解进行了分析,完成了直线运动规划。

六自由度并联机器人简介2024

引言概述：六自由度并联是一种先进的系统，具有广泛的应用前景。

它由六个自由度的运动链组成，能够在空间中实现多轴度的同时运动。

本文将从六自由度并联的背景历史、机构设计、控制方法、应用领域和未来发展等方面进行详细阐述。

正文内容：1.背景历史介绍六自由度并联的发展背景及其重要意义；回顾早期几种并联的发展，如Gosselin并联机构、Stewart平台等；引出六自由度并联作为一种更加先进的系统的出现。

2.机构设计介绍六自由度并联的基本机构和组成部分，包括传动装置、连杆结构等；引述并解析几种常见的六自由度并联的设计方案，如最常见的3UPU并联、6UPS并联等；比较不同设计方案的特点和适用场景，探讨其优缺点。

3.控制方法介绍六自由度并联的控制方法，包括力控制、位置控制、姿态控制等；探究六自由度并联的运动学和动力学建模，以及逆运动学解算方法；讨论控制系统中的传感器选取和控制算法优化，以提高的运动精度和控制性能。

4.应用领域探讨六自由度并联在工业领域中的应用，如装配、焊接、涂覆等；介绍在医疗领域中的应用，如手术系统、康复辅助等；分析六自由度并联在航天、航空、军事等领域的应用前景。

5.未来发展展望六自由度并联的未来发展趋势，如形变机构、软体等；分析当前六自由度并联的挑战与机遇，如控制系统的复杂性、成本的降低等；提出六自由度并联在智能制造、自主交互等领域的潜在应用。

总结：本文详细介绍了六自由度并联的背景历史、机构设计、控制方法、应用领域和未来发展等方面。

六自由度并联作为一种先进的系统，在工业、医疗、航空等领域具有广泛的应用前景。

随着技术的不断进步，六自由度并联将变得更加智能、高效，推动着技术的发展和应用的普及。

六自由度并联机器人控制系统设计

六自由度并联机器人控制系统设计六自由度并联机构是当今机器人领域的研究热点，从六自由度并联机器人平台硬件搭建与位置控制两个部分，提出了一种六自由度并联机器人控制系统的设计方案，通过对其空间位置与运动进行分析计算，同时结合限位开关、编码器等传感器对其实际位置进行实时反馈，最终实现机器人平台系统的位姿控制。

标签：六自由度并联机器人；空间位置；控制系统开发；硬件搭建doi：10.19311/ki.16723198.2017.11.0930引言并联机构机器人系统具有结构紧凑、刚度大、无累积误差、精度较高、动态响应好、承载能力大等诸多优点，现在已经广泛地应用于医疗、航空航天、娱乐、物流、机床设计等领域。

本文以六自由度并联机器人为例，从硬件平台搭建入手，通过电气线路规划、控制设备布局到建立控制器与上位机通讯、空间位置运动计算等，设计出一种六自由度并联机器人的控制系统整体方案。

1硬件系统搭建设计1.1硬件系统介绍1.1.1机器人系统平台本体本文所选用的六自由度机器人系统平台本体为格吉机电科技有限公司PT-028型号的六自由度并联机器人，如图1所示。

其中下平台为定平台，固定在基座上，上平台为动平台，平台之间由六个电动缸构成的六个运动轴通过铰链连接，上位机通过程序控制运动控制器，进而控制伺服执行系统，改变六个电动缸的行程实现系统平台六自由度的运动。

1.1.2伺服执行系统伺服执行系统由六组伺服电动缸与伺服驱动器组成，伺服执行系统的功能是将控制器发出的控制信号进行处理放大转化为驱动信号，执行具体的控制动作。

1.1.3运动控制器由于六自由度机器人系统平台需要同时控制六个轴的运动并处理来自限位开关与编码器的反馈信息，所以运动控制器需要强大的运算与处理能力。

在该设计中，运动控制器只要包括以下两个方面的作用：（1）伺服控制部分：现平台系统的启动、停止，对六个电动缸伺服电机进行运动控制、接收来自上位机的位姿控制信号、实时监控系统平台的运动与工作状态。

图纸三维建模并联六自由度大臂机器人设计

本科毕业设计（论文）六自由度大臂机器人2015年 6 月六自由度大臂机器人摘要六自由度大臂机器人采用夹持机构进行设计.夹持机构具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点可以作为航天上的对接器、航海上的潜艇救援对接器；工业上可以作为大件的装配机器人、精密操作的微动器；可以在汽车总装线上自动安装车轮部件；另外，医用机器人，天文望远镜等都利用了并联技术。

本文夹持机构的研究方向：（1）六自由度大臂机器人组成原理的研究研究夹持机构自由度计算、运动副类型、支铰类型以及运动学分析、建模与仿真等问题。

（2）六自由度大臂机器人运动空间的研究（3）六自由度大臂机器人结构设计的研究夹持机构的结构设计包括很多内容，如机构的总体布局、安全机构设计。

由于本人水平有限，文中的错误和不足在所难免，恳请各位老师给予批评和指正。

关键词：机械手；虚拟样机；夹持机构AbstractSix degrees of freedom robot arm with clamping mechanism design. The clamping mechanism has high rigidity, strong bearing capacity, small error, high precision, load / weight ratio, good dynamic performance, easy control and a series of advantages can be used as a submarine rescue docking docking, space navigation on the industry; as for micro robot assembly, large precision operation; can automatically install the wheel parts in the automobile assembly line; in addition, medical robots,astronomical telescope using parallel technology etc..The research direction of clip holding mechanism:(1) on the principle of six degrees of freedom robot armStudy on the clamping mechanism, the calculation of degree of freedom motion type, hinge type and kinematics analysis, modeling and simulation etc..(2) six degrees of freedom robot arm motion space(3) study the structure design of the robot arm with six degrees of freedomThe structure design of clip holding mechanism includes a lot of contents, such as the design of the overall layout, mechanism of safety mechanism. Because of my limited ability, mistakes and shortcomings in this paper and ask teachers to give the criticism and correction.Keywords：manipulator; virtual prototype; clamping mechanism目录1 前言 (1)1.1 课题研究背景意义 ................................... 错误！未定义书签。