三自由度机器人结构设计说明书
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。
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。
三自由度圆柱坐标工业机器人详解
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计学院：机电工程学院班级：姓名：学号：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。
3自由度机械手设计说明书
目录一、确定机械手设计方案 (3)1.1、机械手基本形式和自由度数的选择 (3)1.2、机械手手部夹紧结构方案设计 (4)1.3、机械手的手臂（水平方向和垂直方向）结构方案设计 (4)1.4、机械手的腰座结构方案设计 (4)二、部分执行机构的理论分析和设计计算 (5)2.1、手爪执行机构的分析计算及相关尺寸的确定 (5)2.1.1、手抓的力学分析 (5)2.1.2、手爪夹紧力和驱动力的的计算 (7)2.1.3、液压缸主要参数的确定 (8)2.2、水平手臂的设计和计算 (10)2.3、机身升降机构的计算 (11)2.3.1、手臂偏重力矩的计算 (11)2.3.2、升降不自锁条件分析计算 (12)2.3.3、手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算以及相关尺寸的确定 (13)2.4、驱动回转轴回转的电机选型有关参数计算 (15)2.4.1、有关参数的计算 (15)2.4.2、电机型号的选择 (16)2.5、液压传动系统设计 (17)2.5.1、确定液压系统基本方案 (17)2.5.2、拟定液压执行元件运动控制回路 (17)2.5.3、液压源系统的设计 (17)2.5.4、绘制液压系统图 (18)三、机械手控制系统的硬件设计 (18)3.1、机械手工艺过程与控制要求 (18)3.2、机械手的作业流程 (18)3.3、机械手操作面板布置 (19)3.4、控制器的选型 (19)3.5、控制系统原理分析 (20)3.6、I/O地址分配 (20)3.7、PLC原理接线图 (21)四、参考文献 (21)一、确定机械手设计方案1.1、机械手基本形式和自由度数的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手; ( 3)球坐标(极坐标)型机械手; (4)多关节型机机械手。
其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小。
因为设计要求搬运的棒料的质量达40KG，且直径达160MM，长度大约为250MM，考虑在满足系统工艺要求的前提下，尽量简化结构，以减小成本、提高可靠度。
全转动副三自由度并联机器人设计说明书
全转动副三自由度并联机器人设计说明书河北工业大学城市学院毕业论文作者: 周** 学号: *****系(专业): 机械系专业: 机械设计与制造及其自动化题目: 全转动副三自由度并联机器人指导者: 李** 教授(姓名) (专业技术职务)评阅者:(姓名) (专业技术职务)2015 年 6月 11 日- 1 -毕业设计,论文,中文摘要题目:全转动三自由度并联机器人摘要:本设计中，对全转动副三自由度并联机器人的结构进行了全新的设计，对以前关于此方面机器人设计成果仅仅作为一个参考，通过对机器人支链的全新设计成功使机器人完成解耦，并且不会出现奇点，该全转动副三自由度并联机器人由动平台和静平台组成，静平台为机架底端，而动平台则是由完全相同的三个支链组成，即，三个支链相互垂直，支链末端位于同一水平面上，三个支链末端组成动平台，并且所有的运动副均为转动副。
该机构的重复定位精度:<+/-0.025mm(平动);动平台三个方向平动范围:>220mm，最打平动速度:>0.4m/s;最大负载:1.5kg(包括末端机械手)。
在设计中，规划设计出了一套精致的机构方案使机器人结构紧凑并具有简单实用的功效，由于此机构具有高度的对称，所以可以承受各个方向的动载荷，机器人的运动是一个重点难点，本次设计在机构运动小巧灵活方面做出了很大的改进使其性能更加优越，因此对扩大并联机器人的应用领域具有现实意义。
本次毕业设计的基本顺序同本科期间进行的课程设计一样，均是先根据任务书提出方案，验证方案的可行性，方案通过则进行具体的结构设计并且对机构运动经过了正反解论证，选择了正确实用的设计路线。
最后，采用绘图软件制作装配图，零件图，利用三维软件绘制三维模型并进行组装得到机器人三维模型。
关键词: 自由度串并联机器人三自由度- 1 -河北工业大学城市学院2015届本科毕业论文毕业设计,论文,外文摘要Title All three rotational degrees of freedom parallel robot,Deputy.Abstract:Designed a new mobile with three degrees of freedom decouple fromthe body of therobot, singularity does not occur, the parallel robot platform and static platforms distributed between the three branches of orthogonal connected, and all transmission Vice are the rotation pair. Repeat positioning accuracy of the agency :<+/- 0.025mm(translation); Moving platform, the scope of translation in three directions:> 220mm, the maximum translation speed:> 0.4m/s; maximum load:> 1.5Kg (including end manipulator). Institutions are given a setof sophisticated programs with simple and practical effect. As the high symmetry directions on the can withstand the amount of load. Compact andflexible movement in the body has made a lot of effort, but also has a smaller installation space, expanding the application field of parallel robots relevance.Keywords: Parallel robot. Rotation pair. Translation. Mechanical machine design.- 2 -河北工业大学城市学院2015届本科毕业论文目录1 绪论 ..................................................................... ....................................................- 4 -1.1 引言 ..................................................................... ..........................................- 4 -1.2 此次课题研究背景和意义 ..................................................................... ....- 4 -1.3 串并联机器人的国内外研究现状、使用范围及发展趋势 .......................- 5 -1. 4 本次毕业设计主要完成工作 ..................................................................... .- 6 -1.4.1 基本内容 ..................................................................... ........................- 6 -1.4.2 课题研究拟采用的手段和工作路线 .................................................- 6 -2 总体方案的设计 ..................................................................... ................................- 7 -2(1 总体布局的设计 ..................................................................... ...................- 7 - 3 由基本参数选定标准件的型号 ..................................................................... ......- 10 -3.1 减速机的选择 ..................................................................... ......................- 10 -3.2 选择伺服电机并对其检验 ..................................................................... ..- 12 -3.3 轴承的选择及校核 ..................................................................... ................- 15 -3.4 联轴器的选择 ..................................................................... ......................- 17 -4.1 支链尺寸的确定 ..................................................................... ....................- 19 -4.2 对主动轴尺寸的确定及校核 ..................................................................... - 20 -4.3 对支链上转动副的设计 ..................................................................... ........- 22 -4.4 支链末端设计 ..................................................................... ........................- 25 - 5 机构的整体布局设计及机架设计 ..................................................................... ..- 26 - 结论 ..................................................................... ..................................................- 29 - 参考文献 ..................................................................... ................................................- 31 - 致谢 ..................................................................... ........................................................- 32 - - 3 -河北工业大学城市学院2015届本科毕业论文1 绪论1.1 引言自从Hunt教授提出以Stewart平台结构为基础设计机器人，机器人技术的发展也是日新月异，尤其是工业机器人能够将人从繁重的体力劳动中解放出来具有十分广阔的应用前景，尤其是在工业发展领域，因此工业机器人的发展尤为迅速。
三自由度液压机械手机构设计说明书
题目三自由度液压机械手机构设计摘要随着工业技术的发展，人工的操作越来越不满足工业生产的要求，因此设计出了机械手。
本文简要地介绍了工业机器人的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和座标型式以及国内外的发展形势。
本文以三自由度液压机械手为研究对象，结合理论与生产实际，确定机械手的坐标形式及自由度，并给定出机械手的技术参数。
根据确定的手臂的升降，回转，伸缩三个自由度，采用圆柱坐标系，设计了夹钳式手部结构，同时设计了手臂结构做各种运动的驱动结构。
在液压传动机构中，机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，立柱的转动采用齿条油缸，机械手的升降采用升降油缸，并绘制出相关机构图。
关键词：机械手，圆柱坐标，液压驱动AbstractWith the development of industrial technology, the artificial operation more and more do not meet the requirements of industrial production, therefore the design of a mechanical hand。
This paper briefly introduces the concept of industrial robots, composing and classification of the manipulator, the degrees of freedom manipulator and the coordinate type as well as the domestic and foreign development situation。
In this paper, taking the three DOF hydraulic manipulator as the research object, combines theory with the actual production, identify manipulator coordinates forms and degrees of freedom, and given out the technical parameters of mechanical hand。
三自由度机器人机构设计 (1)
目 录前Biblioteka 言机器人技术的发展，可以说是科学技术发展共同的一个综合性的结果，同时，也是为社会经济发展产生了重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，人类的发展随着人们逐渐的这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中,需求能够解放人的一种工具。那么这种工具就是代替人们去能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。另一方面，人们有各种各样的好的想法，它也归功于电子技术，计算机技术以及制造技术等相关技术的发展而产生了提供了强大的技术保证。
关键词：机器人，液压泵，自动化，优越性
Industry Robot Design
ABSTRACT
Industry machine hand is industry produce of inevitable outcome, it be the parts of function of a kind of mimicry human body arms, according to schedule to request to transport a work piece or hold to hold tool to carry on operation of automation technique equipments, to realization industry produce automation, push industry produce of further development have already emphasized to want a function.As a result have strong vitality, be subjected to people of extensive value with welcome.Practice certificate, industry the machine hand can replace hand of heavy labor, show Zhao to ease a worker of labor strength, improvement labor condition, exaltation labor rate of production and automation level.The industry produce medium usually appear of bulky work piece of porterage and long-term multifarious, monotonous of operation, adoption machine hand is valid.In addition, it can at heat, low temperature, deep water, cosmos, radio and other poisonous, pollution under the environment condition carry on operation, more manifestation it superiority, have vast of development prospect.
三自由度机器人机构设计
Industry Robot Design
ABSTRACT
Industry machine hand is industry produce of inevitable outcome, it be the parts of function of a kind of mimicry human body arms, according to schedule to request to transport a work piece or hold to hold tool to carry on operation of automation technique equipments, to realization industry produce automation, push industry produce of further development have already emphasized to want a function.As a result have strong vitality, be subjected to people of extensive value with welcome.Practice certificate, industry the machine hand can replace hand of heavy labor, show Zhao to ease a worker of labor strength, improvement labor condition, exaltation labor rate of production and automation level.The industry produce medium usually appear of bulky work piece of porterage and long-term multifarious, monotonous of operation, adoption machine hand is valid.In addition, it can at heat, low temperature, deep water, cosmos, radio and other poisonous, pollution under the environment condition carry on operation, more manifestation it superiority, have vast of development prospect.
三自由度直角坐标工业机器人设计
三自由度直角坐标工业机器人设计引言机器人技术在工业领域的应用日益广泛。
直角坐标工业机器人是一种经典的机器人设计，具有优秀的定位精度和工作灵活性。
本文将介绍一种三自由度直角坐标工业机器人的设计方案。
机器人结构该直角坐标工业机器人采用传统的XYZ三轴结构，具有三个自由度，分别代表机器人在X、Y、Z方向上的运动。
机器人的主体由底座、横梁和工作台组成。
底座底座是机器人的支撑结构，用于固定机器人的横梁和工作台。
底座材料使用高强度金属合金，可以提供足够的稳定性和刚性。
横梁横梁是机器人的承载结构，负责承受工作台和负载的重量。
横梁由两根平行的轨道和连接轨道的横梁梁座构成。
横梁的上表面设有金属滑轨，工作台可以在横梁上自由移动。
工作台工作台是机器人的最顶部部分，用于安置工具和完成具体任务。
工作台的平面上装有夹具，可以固定不同的工具。
工作台可以通过横梁自由移动，实现在X和Y 方向上的运动。
机器人控制该直角坐标工业机器人采用集中控制方式，即通过中央控制器对各个自由度进行控制。
中央控制器由主控制器、伺服驱动器和传感器组成。
主控制器主控制器是机器人的大脑，负责接收和分析外部指令，控制机器人的运动。
主控制器采用强大的微处理器，配合复杂的控制算法，可以实现高精度的运动控制。
伺服驱动器伺服驱动器是机器人的关节驱动装置，用于控制机器人的每个自由度的运动。
伺服驱动器由电机和位置编码器组成，可以实时感知关节的角度，并根据主控制器的指令驱动电机实现精准控制。
传感器机器人上配备了各种传感器，用于感知外界环境和工件状态。
常用的传感器包括视觉传感器、压力传感器和力传感器等。
传感器可以为机器人提供实时反馈信息，使其能够适应不同的工作环境和工件。
优势和应用三自由度直角坐标工业机器人具有以下优势：•精准定位：该机器人采用高精度伺服控制系统，可以实现毫米级的定位精度。
•灵活适应：机器人可以自由在X、Y、Z三个方向上运动，适应各种复杂的工作空间。
•高效生产：机器人的运动速度和精准控制可以大大提高生产效率。
三自由度机械手臂说明
三自由度机械手臂说明SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ课程设计说明书三自由度机械手臂设计学院：农业工程与食品科学学院专业：农业机械化及其自动化学生姓名：赵国0911034036学生姓名：李继飞0911034030学生姓名：程小岩0912034039指导教师：程卫东2013 年1 月摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。
首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
目录第1章绪论 (5)1.1 机器人概述 (5)第2章机器人实验平台介绍及机械手的设计 (6)2.1自由度及关节 (6)2.2 基座及连杆 (6)2.2.1 基座 (6)2.2.2 机械臂 (6)2.3 机械手的设计 (6)2.4 驱动方式 (8)2.5 传动方式 (9)2.6 制动器 (10)第3章控制系统硬件 (11)3.1 控制系统模式的选择 (11)3.2 控制系统的搭建 (11)3.2.1 工控机 (12)3.2.2 数据采集卡 (12)3.2.3 伺服放大器 (13)3.2.4 端子板 (14)3.2.5电位器及其标定 (15)3.2.6电源 (16)第4章控制系统软件 (16)4.1预期的功能 (16)4.2 实现方法 (16)4.2.1实时显示各个关节角及运动范围控制 (16)4.2.2直流电机的伺服控制 (16)4.2.3电机的自锁 (16)4.2.4示教编程及在线修改程序 (17)第5章总结 (18)5.1 所完成的工作 (18)5.2 设计经验 (18)参考文献 (20)第1章绪论1.1 机器人概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。
三自由度搬运机械手机构设计
三自由度搬运机械手机构设计搬运机械手机构设计-三自由度机械手臂一、引言随着科技的发展，机器人在工业生产、物流等领域发挥着越来越重要的作用。
机械手臂作为机器人的重要组成部分，具有广泛的应用前景。
本文将介绍一种三自由度搬运机械手机构的设计。
二、设计目标本设计的目标是设计一种具备三个自由度的搬运机械手臂，能够实现灵活的运动，达到高效搬运的目的。
具体要求如下：1.三自由度：机械手臂具备三个关节，分别可以实现水平旋转、垂直旋转和前后伸缩的运动。
2.高承载能力：机械手臂需要具备足够的承载能力，能够稳定搬运重物。
3.灵活性：机械手臂需要具备足够的灵活性，能够适应不同的工作环境和搬运任务。
4.可控性：机械手臂需要具备良好的控制性能，能够通过外部控制实现精确的运动。
三、设计方案基于上述设计目标，我们提出以下设计方案：1.结构设计：机械手臂由三个关节组成，分别为水平旋转关节、垂直旋转关节和前后伸缩关节。
其中，水平旋转关节和垂直旋转关节采用舵机作为驱动装置，前后伸缩关节采用滑轨设计。
这种结构设计既能满足机械手臂的运动需求，又能够实现紧凑的机械结构。
2.材料选择：机械手臂的主要材料选择应考虑强度和重量的平衡。
我们可以采用铝合金作为机械手臂的主要材料，既能够满足强度要求，又能够降低自身的重量。
3.控制系统设计：机械手臂的控制系统应具备良好的控制性能，能够通过外部控制实现精确的运动。
我们可以采用嵌入式控制系统，通过编程控制机械手臂的运动，并且可以与其他设备进行数据交互，实现智能化的控制。
4.承载能力设计：机械手臂的承载能力需要根据实际应用需求进行设计。
我们可以根据机械手臂的结构和材料选择，进行力学分析和仿真，来确定机械手臂的承载能力。
四、设计步骤1.结构设计：设计机械手臂的结构，确定关节类型和数量，并确定机械手臂的整体尺寸。
2.材料选择：根据机械手臂的要求和预算限制，选择合适的材料，并确定机械手臂的材料规格。
3.控制系统设计：根据机械手臂的运动要求，设计控制系统的硬件和软件部分，并确定控制系统的接口和通信方式。
三自由度直角坐标工业机器人设计
三自由度直角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通过学习，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直角坐标工业机器人；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）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。
3 时间进度安排2010-12-27中文摘要随着科学技术的进步，机器人目前已广泛应用于工业、农业、医疗卫生和人民生活等诸多领域，其核心部分，机器人控制器也伴随着自动控制技术、计算机技术、微电子技术、电机驱动技术以及传感器技术等相关技术的发展而发展。
尤其是直角坐标机器人，由于其结构简单，已经在许多工业领域中得到应用。
工业机器人是机器人的一种，它由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种防人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化的自动化生产设备，特别适合于多品种、变批量的柔性生产。
全转动副三自由度并联机器人—毕业设计说明书
全转动副三自由度并联—毕业设计说明书全转动副三自由度并联—毕业设计说明书一、绪论1.1 研究背景在工业自动化领域，被广泛应用于各种生产线上。
而全转动副三自由度并联作为一种新型结构，在高精度、高速度和高稳定性方面具有较大优势，因此备受研究者的关注。
1.2 设计目标本毕业设计旨在设计和制造一种全转动副三自由度并联，实现灵活、高效的工作模式，满足工业自动化生产线的需求。
具体设计目标如下：1) 提高的运动精度，达到亚毫米级别。
2) 提高的运动速度，达到一定的生产效率。
3) 增加的负载能力，满足不同工艺要求。
4) 提高的稳定性和可靠性，减少故障率。
二、结构设计2.1 基本结构全转动副三自由度并联采用腰臀式结构，由主体、驱动系统、传感系统和控制系统组成。
主体包括底座、运动平台和连接机构。
2.2 运动平台设计运动平台是的核心部分，它决定了的运动自由度和力学性能。
运动平台采用球型结构，由球面、倚球杆和倚球座组成。
通过倚球杆的倾斜和球面的转动，实现的三自由度运动。
2.3 连接机构设计连接机构是主体与运动平台之间的关键部分，它连接了的各个部件并传递力矩和力量。
连接机构采用平行机构设计，由多个连杆和铰链组成，保证了机构的刚度和稳定性。
三、动力学分析3.1 运动学模型建立根据结构和运动平台的运动规律，建立了运动学模型，描述了各个自由度之间的关系。
3.2 动力学模型建立基于运动学模型，推导了的动力学模型，分析了在运动过程中的力学特性和动力特性。
四、仿真分析4.1 运动仿真利用MATLAB软件，进行了的运动仿真分析。
通过仿真结果，验证了的运动性能和稳定性。
4.2 动力学仿真利用ADAMS软件，进行了的动力学仿真分析。
通过仿真结果，了解了在不同工况下的运动状态和力学特性。
五、控制系统设计5.1 控制系统框架控制系统采用分层结构，包括运动平台控制、连接机构控制和整体控制三个层级。
每个层级都有相应的控制算法和控制器。
5.2 控制算法设计根据的运动学模型和动力学模型，设计了相应的控制算法，实现的精确运动控制和力矩控制。
三自由度并联机器人设计说明书
1、打开程序双击Solidworks2012图标，打开solidworks2012程序。
2、球副底座的绘制过程1）新建文档单击“文件”按钮，选择“新建”。
在出现的对话框中双击选择“单一设计零部件的3D展现”。
2）绘制草图①单击前视基准面，选择“草图绘制”进入草图。
②在草图绘制工具栏中，选择“圆”，在绘图区以原点为圆心，以任意长为半径画圆。
设置圆直径为200mm。
3）拉伸底座单击特征工具栏中的“拉伸凸台/基体”，在左侧设定参数，拉伸深度为20mm，4）绘制草图①单击凸台上表面，选择“草图绘制”进入草图。
②在草图绘制工具栏中，选择“圆”，在绘图区以原点为圆心，以任意长为半径画圆。
设置圆直径为24mm。
5）拉伸凸台单击特征工具栏中的“拉伸凸台/基体”，在左侧设定参数，拉伸深度为20mm，6）绘制草图①单击凸台上表面，选择“草图绘制”进入草图。
②在草图绘制工具栏中，绘制草图如图。
7）旋转切除单击特征工具栏中的“旋转切除”，旋转中心线为直线。
8）圆周阵列单击“工具”→“草图工具”→“圆周阵列”，进入圆周阵列。
在左侧设定要阵列的数量为3，从草图中选择要阵列的实体为步骤7）所得实体。
单击“确认”，退出阵列。
效果如图。
4）保存保存文档为“球副底座”。
3、球副杆的绘制过程1）新建文档单击“文件”按钮，选择“新建”。
在出现的对话框中双击选择“单一设计零部件的3D展现”。
2）绘制草图1①单击前视基准面，选择“草图绘制”进入草图。
②在草图绘制工具栏中选择“圆”，以原点为圆心，任意长为半径绘制一个圆形。
③选择“智能尺寸”为圆形添加尺寸，直径为30mm。
④单击“退出草图”完成草图绘制。
3）拉伸在特征工具栏中选择“拉伸凸台/基体”，在左侧设定拉伸长度为90mm。
单击“确认”，退出特征编辑。
4）绘制草图2①单击上一步拉伸出的圆柱的一个端面，选择“草图绘制”，进入草图编辑。
②在草图绘制工具栏中，选择“圆”，以原点为圆心，以任意长为半径画圆。
arduino三自由度机械臂
三自由度机械臂设计报告我们的机械臂参照人体小臂的结构：手肘处两个自由度（一个水平方向一个垂直方向），手腕处一个（垂直方向）。
按照题目要求在30*30的坐标系内我们将（0,15）设为底座放置点（0,0）为机械臂初始位置。
由此可知机械臂需达到的最远距离为15*√5，考虑到需要有螺钉固定的重合距离暂定臂长为：大臂长20cm，小臂长15cm。
且参考模型的机械结构暂定用双臂。
按照最初设计安装好之后，我们发现所购买的舵机并不能带动这么长的臂长，于是我们将臂长改成10cm+12cm并将双臂减少为单臂。
该方案能实现半径4cm左右的圆的绘制，找点的误差在0.5-1cm左右。
一．找坐标设底盘水平方向的舵机角度为s，手肘处垂直舵机角度为θ1，手腕处角度为θ2。
确定坐标时先根据输入的（X，Y）得s=arctan（x/(y-15)）。
可以列出方程式组ρ=acosθ1+bcosθ2△h=asinθ1+bsinθ2θ3=θ1+θ2解得θ1=arcsin((ρ²﹢△h²＋a²-b²)/(2a√(△h²+ρ²)))-arctan(ρ/△h)θ2=arcsin((asinθ1-△h)/b)θ3=θ1+θ2（其中a=10cm，b=12cm，△h=3cm）二．画圆方案一：圆可以分为两部分的配合而组成的。
垂直自由度舵机的来回划线运动及底盘水平自由度舵机的左右旋转运动当水平舵机转到设定最大值的时间与垂直舵机划线划到中点的时间相同时就能得到一个椭圆，而当左右转动到设定的最大值之间的距离与划线的距离相等时就构成了一个圆。
我们先将圆划分为四部分如下：调试程序后发现s的变化速率也是变化的。
于是加上红色两条线使水平方向线分为4份利用找点的公式确定五个交点各自对应的θ1,s值，再各自进行相减分别算出四段运动相对应角度变化的平均速率。
该方案的难点在于时间的合理搭配及s的速率补偿划分方案二：根据圆心的坐标在坐标里找圆周上一系列的点在将其连线构成圆。
全转动副三自由度并联机器人设计说明书
河北工业大学城市学院毕业论文作者：周** 学号：***** 系(专业)：机械系专业：机械设计与制造及其自动化题目：全转动副三自由度并联机器人指导者：李** 教授(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)2015 年6月11 日目录1 绪论 .............................................................................................. 错误!未定义书签。
引言 ......................................................................................... 错误!未定义书签。
此次课题研究背景和意义 ................................................... 错误!未定义书签。
串并联机器人的国内外研究现状、使用范围及发展趋势 . 错误!未定义书签。
1. 4 本次毕业设计主要完成工作 ........................................... 错误!未定义书签。
基本内容 .......................................................................... 错误!未定义书签。
课题研究拟采用的手段和工作路线 .............................. 错误!未定义书签。
2 总体方案的设计 .......................................................................... 错误!未定义书签。
2．1 总体布局的设计 ............................................................. 错误!未定义书签。
三自由度机械手臂设计说明书讲解
SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ课程设计说明书三自由度机械手臂设计学院：农业工程与食品科学学院专业：农业机械化及其自动化学生姓名：赵国0911034036学生姓名：李继飞0911034030学生姓名：程小岩0912034039指导教师：程卫东2013 年1 月摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。
首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
目录第1章绪论 (5)1.1 机器人概述 (5)第2章机器人实验平台介绍及机械手的设计 (6)2.1自由度及关节 (6)2.2 基座及连杆 (6)2.2.1 基座 (6)2.2.2 机械臂 (6)2.3 机械手的设计 (6)2.4 驱动方式 (8)2.5 传动方式 (9)2.6 制动器 (10)第3章控制系统硬件 (11)3.1 控制系统模式的选择 (11)3.2 控制系统的搭建 (11)3.2.1 工控机 (12)3.2.2 数据采集卡 (12)3.2.3 伺服放大器 (13)3.2.4 端子板 (14)3.2.5电位器及其标定 (15)3.2.6电源 (16)第4章控制系统软件 (16)4.1预期的功能 (16)4.2 实现方法 (16)4.2.1实时显示各个关节角及运动范围控制 (16)4.2.2直流电机的伺服控制 (16)4.2.3电机的自锁 (16)4.2.4示教编程及在线修改程序 (17)第5章总结 (18)5.1 所完成的工作 (18)5.2 设计经验 (18)参考文献 (20)第1章绪论1.1 机器人概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。
三自由度机器人结构设计说明书
………………………………………………………………… ‥………………………………………………
3.2.3 腰部和基座设计 ………………………………………………………………… 3.3 工业机器人的机械传动装置设计 3.3.1 滚珠丝杠的选择 ………………………………………………………………… 3.3.2 谐波齿轮的选择 ………………………………………………………………… 3.3.3 联轴器的选择 ………………………………………………………………… ……………………………………………… ‥……………………… 第 4 章 工业机器人的计算机控制系统概述 4.2 计算机控制系统的设计方案 4.3 硬件电路的组成 5.1 安全要求 5.2 实施方法 鸣谢 参考文献
4.1 工业机器人控制系统的特点及对控制功能的基本要求
……………………………………………………… ……………………………………………
…………………………………………………………………
第 5 章 工业机器人运行时应采取的安全措施
………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………
1 2 2 3 3 3 5 5 6 6 7 8 11 12 18 18 19 20 20 21 22 22 22 22 23 23 24
2.1 工业机器人的组成及各部分关系概述
……………………………………………………………… 4
2.2.1 设计要求 ………………………………………………………………………… 2.2.3 工业机器人的主要技术参数 第 3 章 工业机器人的机械系统设计 3.1 工业机器人的运动系统分析 3.1.1 机器人的运动概述 3.1.2 机器人的运动过程分析 3.2 工业机器人的执行机构设计 3.2.1 末端执行机构设计 3.2.2 手臂机构设计 …………………………………………………
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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 (20)4.1 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 (22)5.1 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。
它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。
工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。
目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。
最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。
参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。
主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。
工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。
工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。
它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。
第二代机器人是带感觉的机器人。
它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。
其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从1980年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。
第三代工业机器人即智能机器人。
这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。
并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。
这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用。
第2章工业机器人的总体设计2.1 工业机器人的组成及各部分关系概述图2-1 工业机器人的组成图它主要由机械系统(执行系统、驱动系统)、控制检测系统及智能系统组成。
A、执行系统：执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。
（1）手部：又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件或夹具。
（2）腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。
（3）臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。
（4）机身：是支承手臂的部件，其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。
B、驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。
常用的机械传动、液压传动、气压传动和电传动。
C、控制系统：通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。
D、检测系统：作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。
图2-2 各部分关系图2.2工业机器人的设计分析2.2.1 设计要求综合运用所学知识,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，需设计工业机器人将一零件从A带送到B带。
零件尺寸：内孔￠100，壁厚 10，高 100。
零件材料：45钢。
2.2.2 总体方案拟定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，用小型液压缸驱动夹紧。
图2-3 机器人外形图2.2.3工业机器人主要技术性能参数工业机器人的技术参数是说明其规格和性能的具体指标。
主要技术参数有如下：A、抓取重量：抓取重量是用来表明机器人负荷能力的技术参数，这是一项主要参数。
这项参数与机器人的运动速度有关，一般是指在正常速度下所抓取的重量。
B、抓取工件的极限尺寸：抓取工件的极限尺寸是用来表明机器人抓取功能的技术参数，它是设计手部的基础。
C、坐标形式和自由度：说明机器人机身、手部、腕部等共有的自由度数及它们组成的坐标系特征。
D、运动行程范围：指执行机构直线移动距离或回转角度的范围，即各运动自由度的运动量。
根据运动行程范围和坐标形式就可确定机器人的工作范围。
E、运动速度：是反映机器人性能的重要参数。
通常所指的运动速度是机器人的最大运动速度。
它与抓取重量、定位精度等参数密切有关，互相影响。
目前，国内外机器人的最大直线移动速度为1000mm/s左右，一般为200～400mm/s；回转速度最大为180º/s，一般为50º/s。
F、定位精度和重复定位精度：定位精度和重复定位精度是衡量机器人工作质量的一项重要指标。
G、编程方式和存储容量。
本设计中的三自由度圆柱坐标型工业机器人的有关技术参数见表1-1。
表1-1机械手类型三自由度圆柱坐标型抓取重量 2.69Kg自由度3个（1个回转2个移动）机座长120mm，回转运动，回转角180°，步进电机驱动单片机控制腰部机构长680mm，伸缩运动，升降范围450mm，步进电机驱动单片机控制手臂机构长826mm，伸缩运动，伸缩范围50mm，液压缸驱动行程开关控制末端执行器液压缸驱动行程开关控制第3章工业机器人的机械系统设计3.1 工业机器人的运动系统分析3.1.1 机器人的运动概述工业机器人的运动，可从工业机器人的自由度，工作空间和机械结构类型等三方面来讨论。
如图2-1所示，为工业机器人机构的简图。
图3-1 机构简图a．工业机器人的运动自由度所谓机器人的运动自由度是指确定一个机器人操作位置时所需要的独立运动参数的数目，它是表示机器人动作灵活程度的参数。
本设计的工业机器人具有四转动副和移动副两种运动副，具有手臂伸降，旋转，前后往复三自由度。
b．机器人的工作空间和机械结构类型（1）工作空间工作空间是指机器人正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机器人的主要技术参数，工作空间图如图3-2。
图3-2 工作空间图（2）机械结构类型圆柱坐标型为本设计所采用方案，这种运动形式是通过一个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统（代号RPP），工作空间图形为圆柱形。
它与直角坐标型比较，在相同的工作条件下，机体占体积小，而运动范围大。
3.1.2机器人的运动过程分析工业机器人的运动过程中各动作如图3-3和表3-1。
图3-3表3-1实现运动过程中的各工步是由工业机器人的控制系统和各种检测原件来实现的，这里尤其要强调的是机器人对工件的定位夹紧的准确性，这是本次设计成败之关键所在。
3.2工业机器人的执行机构设计3.2.1 末端执行机构设计工业机器人的末端执行机构设计是用来抓持工件或工具的部件。