四自由度圆柱坐标机器人机械手臂设计
4自由度机械臂结构设计
4自由度机械臂结构设计引言机械臂是一种用于完成特定任务的机器人装置，具有广泛的应用领域，例如工业自动化、医疗手术和军事等。
本文将讨论4自由度机械臂的结构设计，以及在不同任务中的应用。
机械臂的自由度机械臂的自由度是指机械臂能够自由运动的独立关节数量。
4自由度机械臂由4个独立的旋转关节组成，使得机械臂可以在3D空间中进行平移和旋转运动。
结构设计关节结构4自由度机械臂的关节结构应具有一定的刚度和承载力，以便支撑机械臂的运动和负载。
通常采用液压或电动驱动的转动关节来实现机械臂的自由度。
每个关节应具有一定的转动范围和精度，以满足不同任务的需求。
运动范围4自由度机械臂的运动范围应能够满足各种任务的需求。
通过合理设计关节的转动范围，可以确保机械臂能够在三维空间中覆盖特定区域。
此外，机械臂的运动范围还应考虑到其在工作空间内的尺寸限制，以及与其他设备或障碍物的碰撞风险。
站立稳定性机械臂的站立稳定性是指机械臂在执行任务时，能够保持平衡和稳定的能力。
站立稳定性取决于机械臂的结构设计和重心位置。
为了确保机械臂的稳定性，可以采用合适的重心位置和支撑结构。
此外，考虑到机械臂运动时的惯性力，还需要设计相应的减振和平衡装置。
控制系统机械臂的控制系统对于实现精准的运动控制和任务执行至关重要。
控制系统包括传感器、执行器和控制算法等。
传感器用于感知机械臂末端的位置和姿态信息，执行器通过控制关节转动实现机械臂的运动，控制算法根据传感器的反馈信息进行计算和控制。
设计高效可靠的控制系统可以提高机械臂的运动精度和工作效率。
应用领域4自由度机械臂由于其灵活性和可定制性，在多个领域具有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：工业自动化4自由度机械臂在工业生产线上可以完成各种简单重复的操作任务，例如搬运、装配和焊接等。
机械臂的高速度和精度可以提高生产效率和产品质量。
医疗手术4自由度机械臂在医疗手术中可以用于进行精确的手术操作，例如微创手术和精准定位。
机械设计制造及自动化毕业论文-四自由度圆柱坐标机器人
2007届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目四自由度圆柱坐标机器人设计专业机械设计制造及其自动化班级机038学生1111指导教师谢敬2007 年一、毕业设计(论文)课题来源、类型来源：工程类型：工业机器人二、选题的目的及意义机器人是人类19世纪的重大发明之一。
据国外专家预测，21世纪将是机器人技术革命的世纪，机器人作为全面延伸和扩展人的体力和智力的手段将实现“当代最高意义上的自动化”。
机器人的应用和普及正在改变人类的生产方式、生活方式和作战方式。
在非常规和极端制造过程中，工业机器人是不可缺少的自动化装备。
与发达国家相比，我国的机器人技术与产业有很大差距，但是随着我国国民经济的持续发展，适应加快实现经济结构调整和产业升级，提高整个工业的自动化水平和满足人民生活的需要，我国机器人技术将取得更大的发展。
作为21世纪的中国大学生，我们将是经济建设的主干力量，也将挑起科技兴国的重任。
机器人技术作为推动经济发展的重要工具。
三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势我国的机器人研究开发工作始于上世纪70年代初，到现在已经历了30年的历程。
前10年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢。
1985年后开始列入国家有关计划，发展比较快。
特别是在“七五”、“八五”“九五”机器人技术国家攻关、“863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展。
在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学分析与综合研究，机器人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内外部传感器的研究与开发，具有多传感2007届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）器控制系统的研究，离线编程技术、遥控机器人的控制技术等均取得长足进展，并在实际工作中得到应用。
在机器人的单元技术和基础元部件的研究开发方面：诸如交直流伺服电机及其驱动系统、测速发电机、光电编码器、液压（气动）元部件、滚珠丝杠、直线滚动导轨、谐波减速器、RV减速器、十字交叉滚子轴承、薄壁轴承等均开发出一些样机或产品。
四自由度机械手毕业设计
四自由度机械手毕业设计
四自由度机械手的毕业设计可以从以下几个方面入手：
1. 机械结构设计：根据所需的工作空间、负载要求、运动速度等参数，设计出四自由度机械手的整体结构。
其中，四自由度机械手的自由度一般包括三个旋转自由度和一个平移自由度。
2. 控制系统设计：根据机械手的运动方式和运动范围，设计出相应的控制系统。
可以采用传统的PID控制算法或者基于神经网络的控制算法，确保机械手的稳定性和精度。
3. 动力学分析：对机械手进行动力学分析，研究机械手在运动过程中的力学特性，比如加速度、速度、角加速度等参数，为机械手的优化提供理论依据。
4. 实验验证：经过机械结构设计、控制系统设计和动力学分析后，可以进行实验验证。
通过实验对机械手的运动精度、稳定性、负载承载能力等参数进行测试，对设计方案进行调整和优化。
以上只是一些可以从不同方面入手的思路，毕业设计的具体内容和难度还需要根据实际情况和要求进行具体确定。
四自由度圆柱坐标机器人机械手臂设计毕业论文（设计）
四自由度圆柱坐标机器人机械手臂设计毕业论文（设计）毕业论文设计坐标型工业机器人机械设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
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。
四自由度圆柱坐标机械手毕业设计说明书29页word文档
目次1 绪论 (1)1.1 工业机械手的概述 (1)1.2 工业机械手在生产中的应用 (1)1.3 机械手的组成概述 (2)1.4 工业机械手的发展趋势 (3)2 总体设计方案 (4)2.1 设计题目 (4)2.2 初始参数与设计要求 (4)2.3 方案拟定 (5)3 机械手手部设计计算 (6)3.1 手部设计基本要求 (6)3.2 手部力学分析 (7)3.3 夹紧力及驱动力的计算 (8)3.4 机械手手抓夹持精度的分析计算 (9)4 机械手腕部设计计算 (11)4.1 腕部设计基本要求 (11)4.2 腕部结构的选择 (11)4.3 腕部回转力矩的计算 (12)5 机械手臂部设计计算 (16)5.1 机械手臂部设计的基本要求 (16)5.2 手臂的典型机构及结构的选择 (16)5.3 手臂伸缩驱动力计算 (17)5.4 手臂伸缩油缸结构的确定 (19)5.5 油缸端盖的连接方式及强度计算 (21)6 机身设计与计算 (23)6.1 机身的整体设计 (23)6.2 机身回转机构的设计计算 (25)6.3 机身升降机构的设计计算 (28)7 液压驱动系统的计算 (31)7.1 绘制液压系统的工况图 (31)7.2 计算和选择液压元件 (36)总结 (38)致谢 (38)参考资料 (39)1．3 机械手的组成工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。
1.3.1 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。
四自由度机械手设计
四自由度棒料搬运机械手的设计
目录设计总说明 (III)INTRODUCTION ............................................................................................................... I V 第一章绪论. (1)1.1 工业机器人的概述与发展 (1)1.2 本设计中的四自由度棒料搬运机械手所实现的功能 (2)1.3 本设计中的四自由度棒料搬运机械手设计的意义 (2)2 机械手的总体设计 (3)2.1 设计要求 (3)2.2 机器手的组成 (3)2.3 总体方案拟定 (4)2.4 机器人的工作空间 (4)2.5 机械手驱动系统设计 (5)2.5.1 机械手驱动器 (5)2.5.2 机械手传动机构 (5)3 机械手的传动设计 (7)3.1 滚珠丝杠的选择 (7)3.2 谐波齿轮减速器参数的确定 (8)4 机械手的各电动机的选择 (12)4.1 机械手手臂升降步进电机的选择 (12)4.2 机械手底座回转驱动电动机的选择 (15)5 机械手各气动件的设计计算 (18)5.1 气爪夹紧力的计算与气爪的选择 (18)5.1.1 气爪夹紧力要求 (18)5.1.2 缸径的确定 (19)5.1.3 行程的确定 (20)5.1.4气缸的运动速度 (20)5.1.4 摆动气缸的选择 (21)5.2 手臂伸缩气缸的选择 (23)6 机器人控制系统设计 (26)6.1 机械手控制器的选择 (26)6.2 机器手控制系统的特点及对控制功能的基本要求 (26)6.3 控制系统的总体设计 (27)7 手臂验算与机械手参数 (29)7.1 手臂平衡的验算 (29)7.2 机械手参数 (30)设计总结 (31)鸣谢 (31)参考文献 (32)设计总说明在社会不断发展的今天，机器人在工业现场中的应用也越来越广泛，用机器的力量代替人力，而将人类从繁重的体力劳动中解放出来是历史发展的趋势。
四自由度的机械手
(4)大型机械手臂力大于30㎏。
我所设计的物料传送机械手，是以运送物料为目的的圆柱坐标式四自由度机械手。它采用气压与机械传动两种驱动方式，属于小型机械手。2Fra bibliotek2.1
图1机械手工作示意图
(1)初始状态，按启动按钮传送带A开始传送物料，光电传感器开始工作，机械手回原点。
(4)感知系统：即传感器的选择及具体作用。
2.3
2.3.1
根据所设计的机械手的运动方式：机械臂的转动，机械臂的升降，机械臂的伸缩，得到了机械臂的三个自由度。根据上文所说的，机械手按照坐标的分类情况，选择圆柱坐标式机械手更为妥当。
物料传送机械手为完成物料传送的功能，需要完成以下几个动作，而每个动作的具体时间如下表所示，合计为38S：
(2)通用机械手指具有可变程序和单独驱动的控制系统，不从属于某种机器，而且能自动完成传送物件或操作某些工具的机械装置。通用机械手按其定位和控制方式的不同，可分为简易型和伺服型两种。简易型只是点位控制，故属于程序控制类型，伺服型可以是点位控制，也可以是连续轨迹控制，一般属于数字控制类型。
2.按运动坐标型式分类：
3.按驱动方式分类：
(1)液压驱动机械手以压力油进行驱动；
(2)气压驱动机械手以压缩空气进行驱动；
(3)电力驱动机械手直接用电动机进行驱动；
(4)机械驱动机械手是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传递给机械手的一种驱动方式。
4.按机械手的臂力大小分类：
(1)微型机械手臂力小于1㎏；
(2)小型机械手臂力为1－10㎏；
(2)由于我所选择的机械手是非批量生产的小型物体加工流水线上的物料传送机械手，所以，机械手所在的系统工作环境一定是工厂，要求精度高，容错率低，速度快。
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。
四自由度圆柱坐标机械手设计说明书
目次1 绪论 (1)1.1 工业机械手的概述 (1)1.2 工业机械手在生产中的应用 (1)1.3 机械手的组成概述 (2)1.4 工业机械手的发展趋势 (3)2 总体设计方案 (4)2.1 设计题目 (4)2.2 初始参数与设计要求 (4)2.3 方案拟定 (5)3 机械手手部设计计算 (6)3.1 手部设计基本要求 (6)3.2 手部力学分析 (7)3.3 夹紧力及驱动力的计算 (8)3.4 机械手手抓夹持精度的分析计算 (9)4 机械手腕部设计计算 (11)4.1 腕部设计基本要求……………………………………………………………1 14.2 腕部结构的选择………………………………………………………………1 1 4.3 腕部回转力矩的计算…………………………………………………………1 25 机械手臂部设计计算 (16)5.1 机械手臂部设计的基本要求 (16)5.2 手臂的典型机构及结构的选择 (16)5.3 手臂伸缩驱动力计算 (17)5.4 手臂伸缩油缸结构的确定 (19)5.5 油缸端盖的连接方式及强度计算 (21)6 机身设计与计算 (23)6.1 机身的整体设计 (23)6.2 机身回转机构的设计计算 (25)6.3 机身升降机构的设计计算 (28)7 液压驱动系统的计算 (31)7.1 绘制液压系统的工况图………………………………………………………3 17.2 计算和选择液压元件…………………………………………………………3 6总结 (38)致 (38)参考资料 (39)1 绪论1．1 工业机械手的概述工业机械手在先进制造技术领域中扮演着极其重要的角色,是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备,是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器,它有多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
工业机械手的是工业机器人的一个重要分支,它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。
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
随着机器人技术的发展，人类对机器人的要求也越来越高，因此仿人机器人受到越来
越广泛的关注。
机器人的机械臂是实现机器人操作的重要组成部分，因此对机械臂的设计
和性能分析至关重要。
本文设计了一种四自由度仿人机器人机械臂，并对其进行了性能分析。
一、机械臂的结构设计
本文设计的仿人机器人机械臂采用直线型结构，共有四个关节，每个关节都由电机、
减速机、编码器、传感器等组成。
机械臂的末端装有夹具，可以完成物体的抓取和放置。
二、机械臂的性能分析
1. 运动学分析
机械臂的运动学分析是机械臂设计中十分重要的一环，决定了机械臂的运动范围和精
度等性能。
本文采用DH参数法进行运动学建模，建立了机械臂的正运动学和逆运动学模型。
我们可以通过模型求解机械臂的任意位置、姿态等信息。
机械臂的动力学分析是分析机械臂运动状态下的力学性能，其中包括机械臂负载、加
速度、速度、动量等参数。
本文采用拉格朗日方程法对机械臂进行动力学模拟，将机械臂
与负载视为一个整体进行分析。
3. 控制系统设计
机械臂的控制系统是指控制机械臂运动的硬件和软件系统，包括控制算法、控制器、
传感器等。
本文采用PID控制算法进行机械臂的控制，将机械臂的位置、速度等参数输入
控制器进行控制。
三、结论
本文设计的四自由度仿人机器人机械臂具有较好的性能表现，在运动学分析、动力学
分析和控制系统设计方面均具有优秀的性能表现。
本文的研究成果为仿人机器人的研究和
发展提供了有益的参考和借鉴。
四自由度气动机械手的设计
摘要在企业产品的生产过程中，生产线趋向自动化得到广泛的应用，这是在科学研究的不断发展的情况下，人们迫切地希望能有一种安全、灵活、精确的机构，能代替人力进行工件的移动和定位。
机械手的出现让人们解决了这一问题。
特别是一些技术，如气动、液压的不断成熟，是在随着机械结构的优化之后，以及在控制元件的研发和控制方式方面，进行不断改进和创新，机械手的有关各种功能得到了明显的提升与改善。
由于现在社会上出现了机械手，让工人们在劳动时的强度和难度降低了，同时也让企业的工作效率和产品的质量提高了，并且大大的将生产成本降低了。
首先，本文对机械手在国内、海外的研发进展情况进行了研究，并且对于目前几种不同的机械手有了一个认识。
其次根据课题需要，确定了机械手采用圆柱型坐标。
驱动机构采用气压传动机构，通过直线气缸实现手部的开合，机械手的上下、前后运动，而机械手的左右转动是通过回转气缸实现的。
对气缸进行了设计计算与校核。
然后在进行气动回路的设计时，要对在回路中选用的气动元件进行选型。
最后，根据硬件和软件两个方面，将选用的单片机应用在机械手控制电路中，并绘制了运动程序流程图。
关键词：机械手，气压传动，气缸，单片机，电路ABSTRACTWith the development of the science and technology and the application of the automation product line in the production, there is an urgent need of a safe, flexible and accurate mechanism to replace the labor of moving and positioning of work pieces. The application of the manipulator can solve this problem. Along with the optimization of the mechanical structure, the maturity of technology of the pneumatics and the hydraulics, the development of the control element and the continuous improvement and innovation of the control methods, the overall performance of the manipulator has been improved obviously. The manipulator in the difficulty to reduce labor intensity, to increase the efficiency and quality, and to reduce production costs has made outstanding contributions.This paper describes the oversea and domestic development of the manipulator and current classification of the manipulators.Subsequently, I adopt the manipulator with the cylindrical coordinates are based on the project needs. Furthermore, the pressure transmission was selected to be the driving mechanism. In details, the hand clamping is achieved through the linear air cylinder, and the movement of the up and down, forward and backward of the manipulator, is achieved by swing of the air cylinder rotation about the manipulator. At the same time, the design of the cylinder was calculated and checked. Then the pneumatic circuit design and the type selection of the pneumatic components are implemented. Finally, the application of the micro-controller in the manipulator control system is designed from the hardware and the software. I design the control circuit, and draw the flow chart of the program.Key words: manipulator, pneumatic transmission, cylinder, single chip microcomputer, circuit目录1绪论 (1)1.1课题的背景及意义 (1)1.2国内外机械手研究概况 (2)1.3本课题的设计要求 (4)2机械手的机械部分设计 (5)2.1 机械手整体设计 (5)2.2 手爪的设计 (5)2.3 小臂升降的结构设计 (11)2.4 大臂伸缩的结构设计 (13)2.5 大臂升降的结构设计 (18)2.6 手臂回转的结构设计 (23)2.7 推料小臂的设计 (25)2.8 电机的计算与选型 (27)3机械手的气动部分设计 (29)4机械手的控制系统设计 (31)4.1 单片机的选型 (31)4.2 机械手的运动控制模块设计 (32)4.3 软件流程图以及编程 (34)4.4 控制硬件电路设计 (38)5结论 (39)6参考文献 (40)7致谢 (41)1绪论在机械系统中，机器人技术使其实现了机电一体化的自动化技术，是通过了运用电子信息技术，在学校对理工科的本专科教育中，机器人技术有着至关重要的地位，对于用来提升学生的工程能力，拓展思维空间有着举足轻重的意义。
毕业设计（论文）-关节型机械手设计-圆柱坐标式（全套图纸）
1
Abstract
In this paper, the design of the joint-type robot using cylindrical coordinates of type, can be completed on the expected, inversion and other functions. Mainly by the manipulator hand, wrist, arm and body parts, etc., with rotating wrists, arms stretching, arm movements and arm rotation four degrees of freedom, able to meet the general requirements of the industry.
2.1.3 控制系统
有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位程序控制，也有 采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁带磁盘、穿孔卡 等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特征。
2.2 关节型机械手的主要技术参数
1.抓重： 300N
7
2.自由度： 4个
3.坐标形式：圆柱坐标
1 绪论
机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。它的特点是可通 过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点， 尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能 力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
1.1 研究目的及意义
工业机械手具有许多人类无法比拟的优点，满足了社会化大生产的需要，其 主要优点如下：
四个自由度通用机械手设计
毕业设计说明书设计（论文）题目：四个自由度通用机械手设计学生姓名：学号：专业班级：学部：指导教师：本设计包含全部说明说及CAD图纸QQ2008年06月5日摘要摘要本次设计的多功能机械手为程四个自由度通用机械手设计，主要由手爪、手腕、手臂、机身、机座等组成，具备上料、翻转和转位等多种功能，并按自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。
本机械手机身采用机座式，自动线围绕机座布置，其坐标形式为圆柱坐标式，具有立柱旋转、手臂伸缩、腕部转动和腕部摆动等4个自由度；驱动方式为液压驱动，且选用双联叶片泵，系统压力为2.5MPa，电机功率为 5.5KW，共有整机回转油缸、手臂伸缩油缸、手腕摆动油缸、手腕回转油缸、手爪夹紧油缸5个液压缸；定位采用机械挡块定位，定位精度为0.5～1mm，采用行程控制系统实现点位控制。
关键字：机械手;球坐标液压;机械挡块;点位控制AbstractThe current design of multifunctional mechanical hand is Hydraulic Universal Mechanical Hand, mainly consist of claw, wrists, arms, body, base and so on. With moving the materials, turnover and transfer spaces, and many other functions, the automatic line with the unified production rhythms and production program completed more moves. With the automatic production line rhythms and the production of complete reunification of the above movements, automatic line is around the machine arrange, the coordinates of the cylindrical coordinate of the form, with huge rotary, extendable arm, arm pitch, hitting and hitting back four moves freedom; Driven approach to hydraulic-driven, and the choice of double leaves pumps, the system pressure to 2.5MPa, 5.5KW electrical power for a total of whole sets of rotation tank, arm tilt cylinders, fuel tanks extendable arm, wrist swing tank, wrist rotation tank, claw clip tank six hydraulic oil tank; positioning a piece of machinery turned positioning, positioning accuracy for 0.5~1mm, using control systems to achieve their point spaces control.KeyWords：Mechanical hand. Cylindrical coordinate hydraulic. mechanical turned pieces. control point spaces目录目录摘要 ................................................................................................ 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机器人技术是现代工业领域中的重要组成部分，仿人机器人在模拟人类动作、进行精细操作等方面具有广泛的应用前景。
本文设计了一种四自由度仿人机器人的机械臂，同时对其性能进行了分析。
首先，我们设计了四自由度仿人机器人的机械臂。
该机械臂由四个关节组成，分别为基座关节、肩关节、肘关节和腕关节，它们分别控制机械臂的上下、前后、左右和旋转运动。
基座关节固定在机器人的基座上，肩关节和肘关节之间通过伸缩臂连接，腕关节通过腕关节呈水平状连接到机器人的末端执行器。
该机械臂的各关节均配备有电机和减速器，由控制系统负责控制和驱动。
其次，我们对该四自由度机械臂的性能进行了分析。
通过坐标变换，我们得到了机械臂在三维空间中的运动轨迹。
在运动过程中，机械臂的各关节之间会产生相互干扰的情况，需要对其进行分析和优化。
我们利用动力学模型进行了分析，确定了各关节的加速度、角速度和扭矩等参数。
同时，为了保证机械臂能够完成稳定的运动，我们利用PID控制器对机械臂进行了控制，通过对控制器的参数进行调整，实现了机械臂的稳定运动。
最后，我们对该机械臂的应用进行了探讨。
该机械臂可以在工业、医疗、服务等领域中发挥重要作用。
例如，在工厂生产线上，可以应用该机械臂进行物料搬运、装配等操作；在医疗领域，可以利用该机械臂进行手术操作和康复治疗；在服务领域，可以将该机械臂应用于服务机器人中，为人们提供更加便利的服务。
综上所述，我们设计的四自由度仿人机器人机械臂具有稳定性和灵活性，并且在应用领域中具有广泛的潜力。
未来，我们将继续优化该机器人的性能和功能，以更好地满足实际应用需求。
四自由度工业机械手的设计
通用机械手一一独立工作的自动化机械装置。在规格性能范围内，其动作程序是
可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。
按驱动方式可分为：液压机械手.气压机械手.电动机械手和机械式机械手。
机械式机械手一一曲工作机械带动机械手运动，工作可靠，动作频率高，结构简 单，成本低。但动作固定不可变。
按控制系统可分为：点位控制、连续控制。
点位控制一一只能控制工业机械手运动的儿个点的位置，运动轨迹不受控制。目 前使用的专用和通用的工业机械手均属于此类。
连续控制一一工业机械手按给定的速度沿给定的路线（轨迹）实现平稳准确的运 动。特点是设定点是无限的，整个运动过程都要求在控制之下。这类工业机械手一般釆 用小型讣算机进行控制。
成本也不低，而且质量，可鼎性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对 产品进行全面规划，搞好系列化，通用化，模化设讣，积极推进产业化进程，我国的智 能机器人和特种机器人在“863"计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的 是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器 人，双臂协调控制机器人，爬壁机器人，管道机器人等机种；在机器人视觉，力觉，触 觉，声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有一定的发展基础。但是在多传感 器信息融合控制技术，遥控加局部自主系统遥控机器人，智能装配机器人，机器人化机 械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上, 有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立 于世界先进行列之中。
液压机械手一一输出力大，传动平稳。如采用电液伺服机构，可实现连续轨迹控 制。液压系统的密封要求严格，油温对油的粘度影响较大。
四自由度多用途气动机器人(机器手)结构设计及控制实现.docx
四自由度多用途气动机器人（机器手）结构设计及控制实现近几十年，随着全球科学技术的快速发展和信息化水平不断提高，出于解放劳动力、提高生产效率、经济效益和减少生产成本的目的，很多工业领域开始使用工业机器人进行生产运作。
为了加深对机器人从设计到工业应用具体是怎样实现的，文章先对工业机器人的发展背景进行阐述，再对机器人（机械手）的机构设计进行介绍，其中包括手部、手腕、手臂等的设计，最终利用可编程序控制器对机器人（机械手）进行有效控制，使机器人（机械手）能够正常运作，进而出现在在更多生产企业的工作线上。
机器人（Robot）一词最早出现在国外，二十世纪中后期开始才得到人们的广泛关注，并被人们所熟悉，现如今，在国外，甚至国内有些工厂、企业都可以看得机器人的身影。
现代的工业机器人（机器手）主要有可编程、拟人化、通用性、运用广泛这四个特点。
科学技术的提高和不断创新，使得当今的工业机器人逐渐具备行走、感知、交流等多种能力。
目前，美国和日本在机器人的研发方面处于世界领先水平，对全球机器人的发展最具影响。
绝大多数工业机器人都是由主体、驱动系统和控制系统三个部分组成。
其中主机包括臂部、腕部、手部等，大多数机器人有3-6个运动自由度，文章以下以四个自由度为例进行描述。
机器人（机械手）在工业生产过程中能够代替人做些单调、频繁或者重复率强的长时间工作，但是机器人又不是简单意义上的完全复制了人工的劳务，而是在综合了人的工作性能的基础上再结合了机器人其专有的特长。
机械手是模仿人手和手臂的某些功能，在设置的特定程序下抓取、搬运物件或者操作工具的自动操作装置。
机器人的发展历史经历了一系列阶段，其中机械手则是最早出现的工业机器人，机械手在工业生产中的应用能够有效地减省工人、提高生产效率、降低生产成本、提高产品的品质提升工厂形象，尤其是在某些特殊的环境下，如高温高压、有毒有害、易燃易爆、放射性较大等，机器手得到了广泛的运用。
机器人（机器手）结构设计本次设计的机械手是通用气动上下料机械手，其在工业生产有较为广泛的运用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四自由度圆柱坐标型工业机器人机械设计摘要在现代制造业中，工业机器人已成为不可或缺的核心自动化装备。
工业机器人适应工作环境能力强，可担任各种类型各种强度的生产工作，精度高、速度快、易于控制，可显著提高生产的工业自动化水平。
国工业机器人起步晚，市场占有率低，许多核心技术还没有掌握，可靠性低，应用围小，零部件互换性低。
现设计一种四自由度的圆柱坐标型机器人，能实现工件的上下搬运。
该四自由度机器人由两个旋转自由度机构和两个平移自由度机构组成，根据机器人运动参数，选择足够功率的伺服电机，然后，估算驱使机构各自由度运动需要的力及扭矩，选择传动比合适且大小合适的减速器。
通过伺服电机减速器驱动机构的运动，实现机器人腰部旋转，手臂的竖直升降，手臂的水平移动和末端操纵器的旋转。
在机器人辅助系统的设计部分，还考虑了伺服电机导线坦克链的排布，机构零点位置的触发开关及其导线排布的设计。
关键词：四自由度，圆柱坐标，工业机器人，机械设计Mechanical Design of a 4-DOF CylindricalIndustrial RobotAbstractIn modern manufacturing, industrial robot has become an indispensable core automation equipment. Industrial robot has good adaptability, can adapt to all kinds of mass production, high precision, fast speed, easy to control, can significantly improve the automation level of production. Domestic industrial robots started late, has low market share, low reliability, and many core technologies have not yet mastered. The application scope is small, the interchangeability of parts is low.The design of a kind of four degree of freedom cylindrical coordinate robot, can realize the workpiece moving up and down. The four degree of freedom robot mechanism is composed of two rotational degrees of freedom and two translational degrees of freedom mechanism. According to the robot movement parameters, servo motor is selected, and then estimates the sufficient power, force and torque of each degree of freedom movement needs, choose the appropriate transmission ratio and suitable reducer. Drive mechanism motion through the servo motor reducer, and then we can realize the robot waist rotation, vertical lifting arm, arm movement and rotation of the end effector. In part of the design of robot auxiliarysystem, we take the arrangement of servo motor wire tank chain, design the trigger switch and wire arranging mechanism the zero position into consideration.Key Words：4-DOF; Cylindrical coordinates; Industrial Robot; Mechanical design目录摘要 (ⅰ)Abstract (ⅱ)第一章引言 (1)1.1 工业机器人 (1)1.1.1 工业机器人的概念及特点 (1)1.1.2 工业机器人的组成 (1)1.1.3 国外发展状况 (2)1.2 研究容 (2)1.2.1 研究方法 (2)1.2.2 研究成果 (2)1.3研究意义 (2)第二章机构结构设计 (4)2.1 设计分析及方案拟定 (4)2.1.1 设计要求 (4)2.1.2 设计流程 (5)2.1.3 方案拟定 (5)2.2 主要结构件设计 (6)2.2.1旋转平台结构 (6)2.2.2滚珠丝杠结构 (7)2.2.3中间连接器 (9)2.2.4外壳设计 (11)2.3受载变形校核 (11)第三章传动机构设计 (13)3.1腰部转动 (13)3.1.1减速器选择 (13)3.1.2伺服电机选择 (14)3.1.3传动法兰盘设计 (15)3.2竖直平移 (16)3.2.1滚珠丝杠及螺母选择 (16)3.2.2伺服电机选择 (18)3.2.3联轴器选择 (19)3.3水平平移 (20)3.3.1滚珠螺母丝杠选择 (21)3.3.2伺服电机选择 (21)3.3.3联轴器选择 (22)3.4手臂末端操纵器旋转 (23)3.4.1伺服电机选择 (23)3.4.2减速器选择 (24)第四章辅助机构设计 (25)4.1 坦克链线路设计 (25)4.2 机构零点设计 (26)第五章总结与展望 (28)5.1 总结 (28)5.2 展望 (28)参考文献 (30)致谢 (31)附录 (32)第一章引言1.1工业机器人1.1.1工业机器人的概念及特点我国专家学者对于工业机器人的概念解释也各有不同，综合各方面的说法，从工业机器人能实现的功能来讲，工业机器人是有以下功能的机器：（1）具有执行运动操作的机构；（1）具有通用性，可实现多种运动操作；（2）有一定程度的智能，能重复编程；（3）有一定的独立性，一定程度上不依赖人的操纵。
1.1.2工业机器人的组成工业机器人一般由机械系统和控制系统组成，四自由度圆柱坐标型工业机器人的机械系统组成由下图可知：图1.1 四自由度圆柱坐标型工业机器人机械系统组成（1）驱动机构：本次设计采用四个交流伺服电机驱动四个自由度。
至于气压，液压驱动的装置体积较大，因行程较大而不采用。
（2）执行机构：本次设计的执行机构主要包括底座、腰部机构、手臂机构和末端操纵器。
采用丝杠螺母和行星齿轮减速器两种传动方式，能将旋转运动转换成直线运动或将高转速转换成低转速，再将动力传递给执行装置。
1.1.3国外发展状况上世纪中叶，美国结合机械手和操作机两者的优势，开发了一种可自动执行动作的机械装置，称为工业机器人。
60年代末，美国通用汽车公司采用机械手臂，建立了汽车焊接车身的自动化生产线。
此后，工业机器人的研制和应用，受到各个工业发达国家的重视。
日本又称为“机器人的王国”，可见日本的工业机器人产业非常发达，如今的日本在智能型工业机器人上取得了巨大成就。
随后，工业机器人产业又开始在欧洲崛起[2]。
工业机器人在中国发展的很快，但相比世界上先进的工业机器人，技术差距依旧明显[3]。
国工业机器人起步晚，相比国外先进技术，国工业机器人可靠性较低，应用领域较窄，生产线技术落后，零部件互换性低[4]。
工业机器人且可用于环境恶劣，劳动强度高，劳动单调乏味的工作中，将人们从中解放出来。
1.2 研究容1.2.1研究方法现设计一种工业机器人，有四个自由度，采用圆柱坐标型，利用该种机器人实现工件的上下料搬运。
本次设计主要设计机械系统部分。
该机器人的四个自由度分别是腰部旋转、手臂竖直升降、手臂的水平伸缩和手臂末端操纵器旋转。
由四个自由度确定各自传动方式，选择传动装置。
确定机器人各个运动部件运动所需的功率，再选择合适的伺服电机和减速器。
设计机械手臂整体结构采用的三维实体设计软件是SolidWorks 2013，对于分析机构的质量、质心等参数十分方便。
1.2.2研究成果本次设计基本完成任务，具体成果如下：（1）完成四自由度圆柱坐标型机器人的整体结构设计，包括基座、腰部旋转平台、竖直机身、水平手臂和末端旋转平台的设计；（2）完成外壳包装的简单设计，完成机构零点和极限位置的传感器设计；（3）完成机器人三维实体的装配，并绘制出机器人的二维工程图。
1.3研究意义工业机器人已经是现代制造业中举足轻重的自动化机械，一些机械式的、工作环境恶劣危险的、没有创新性的作业完全可以由机器人替代人工完成。
在金属热压加工中，需要人工作在加热的窑炉、冲压床、车床或钻床附近，工业机器人耐高温，程序写好就可以防止与其他加工工具碰撞，避免了工作中出现危险的可能[6]。
工业机器人能适应多品种中小批量生产，高精度高速度，容易控制，能显著提高生产自动化水平。
目前小负载旋转臂机型工业机器人市场容量大、应用广泛[8]。
第二章机构结构设计2.1设计分析及方案拟定2.1.1设计要求主要解决问题：按下表中参数的要求，设计一种四自由度圆柱坐标型工业机器人，完成该工业机器人的机械结构设计、驱动装置设计、传动装置设计、各自由度零点和极限位置设计及传感器选择：表2.1 机器人设计参数最大负载/kg 腰部、臂部回转角度/º伸缩行程/mm高度行程/mm最大旋转角速度/(rad·s-1)最大移动速度/(m·s-1)重复定位精度/mm机器人的工作空间是指机器人正常工作时手臂末端操纵器能活动的围，可从上表推得，工作空间图如下：图2.1 机械手臂工作空间2.1.2设计流程（1）分析四个自由度，选择适当的驱动方式、传动装置和机构件；（2）用三维建模软件完成主要零件（包括所有结构件）的三维建模，并初步完成三维实体模型装配；（3）对实体模型相关参数进行测量估算，按设计要求，最终确定电机、减速器、丝杠等产品参数，完成装配；（4）对机器人运动进行动画仿真和受载分析，验证设计正确性；（5）绘制二维工程图。
流程图如下图所示：3 360 500 500 2 1 ±0.1分析选择驱动、传动等三维建模计算相关参数受载分析确定产品选择动画仿真确定满足参数要求工程图生成图2.2 设计流程2.1.3方案拟定根据设计需求，设计出的工业机器人大致外形图如图2.1所示。