五轴机器人主体结构毕业设计及运动仿真
串联型五自由度机械手的结构毕业设计
毕业设计（论文）
开题报告
课题名称串联型五自由度机械手的结构设计
系别机电与自动化学院
专业班
姓名
评分
导师（签名
20 年月日
华中科技大学武昌分校
毕业设计（论文）开题报告撰写要求：
1．开题报告的主要内容
1）所选课题国内、外研究及发展状况
2）课题研究的目的和意义；
3）课题研究的主要内容、难点及关键技术；
4）研究方法及技术途径；
5）实施计划。
2．主要参考文献：不少于3篇。
3．开题报告的字数不少于1500字，格式按《华中科技大学武昌分校专科毕业设计（论文）撰写规范》的要求撰写。
4．开题报告单独装订，本附件为封面。
华中科技大学武昌分校学生毕业设计开题报告。
毕业设计(论文)-五自由度桁架机器人的机械结构设计[管理资料]
![毕业设计(论文)-五自由度桁架机器人的机械结构设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/4eb3c31c4afe04a1b171def5.png)
目录1 绪论 0 0 (1) (1) (1) (1)本文研究主要内容 (2)2 机器人机构总体方案设计 (3) (3) (3) (3) (5) (5) (5)工作范围（工作半径） (6)桁架机器人材料的选择 (6) (7) (7)机构整体设计 (8)3 桁架机器人气爪结构设计 (9) (9) (10) (11) (13) (16)直线滚动导轨副的计算、选择 (27) (29) (29) (32) (33)总结 (44)致谢 (45)参考文献 (46)全套设计请加197216396或401339828机器人是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。
采用机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。
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装备。
机器人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，提高劳动生产率和生产自动化水平。
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，采用机器人是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、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。
本课题的主要内容是采用机器人代替人来进行抓取作业，机器人可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度，提高生产效率。
结合设计的各方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题。
并且在设计中融入自己的想法和构思，提高自己的创新能力。
尽力使机器人使用方便，结构简单。
关键词：机器人；结构设计；步进电机；回转1 绪论随着人类科技的进步，社会经济的发展，机器人学成为近几十年来迅速发展的一门综合学科。
它体现了光机电一体化技术的最新成就，机器人作为其中的佼佼者更是发挥了不可磨灭的作用。
在人类社会中，凡是有机械活动的地方，都能看到机器人的身影。
机器人产品的应用已经由核工业和军事科技等高端科学领域向医疗、农业甚至是服务娱乐等民用领域发展了，并且各式各样的机器人正在涌现出来，以惊人的速度延伸到人类活动的各个领域。
新型五轴并串联机床的运动学仿真_伞红军
Kinematic Simulation of Novel Five Axes Serial-ParallelMachine ToolHongJun San1, ShiSheng Zhong2, ZhiXing Wang31) Faculty of Mechanical and Electrial Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming,Yunnan, China(sanhjun@)2) School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, China (zss@)3) School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, China (wangzx@)Abstract—In this paper, for the a novel five axes serial-parallel machine tool, The three-dimensional solid model of the machine tool is established in ADAMS. The kinematic simulation of machine tool is carried out in the ADAMS simulation module. On the basis of the kinematic simulation of the machine tool, The results of the previous theoretical analysis are verified , including the number of degrees of freedom, inverse kinematic solution and forward kinematic solution.Keywords—serial-parallel machine tool, kinematic simulation, ADAMS新型五轴并串联机床的运动学仿真伞红军1钟诗胜2王知行31)昆明理工大学机电工程学院，昆明，云南，中国2)哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨，黑龙江，中国3)哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨，黑龙江，中国摘要针对一种新型五轴并串联机床，在ADAMS软件环境下对该机床进行了简化的三维实体建模，应用ADAMS仿真模块对机床进行了运动学仿真，通过仿真验证了机床的自由度数和位置正反解算法的有效性。
五轴搬运机器人毕业设计
开封市技师学院毕业设计题目：西门子PLC在五轴搬运机器人的应用院系：电气工程系班级：10技自动化2班姓名：彩修彪学号：2014年 4 月摘要现代计算机技术的产业革命，将世界经济从资本经济带入到知识经济时代。
在电子世界领域，从20世纪中的无线电时代也进入到21世纪以计算机技术为中心的智能化现代电子系统时代。
而机械手控制系统则逐步发展为与计算机互联，使机械手控制系统更加智能化，操作更加简单方便。
五轴机器人（机械手）是指能够自动抓取、操作的装置，多用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。
机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成，主要完成移动、转动、抓取等动作。
由于气压技术是以压缩空气为介质，以气源为动力的能源传递技术，其工作可靠性高、使用寿命长、对环境没有污染，所以在机械手的驱动系统中常采用气压技术。
控制系统是五轴机器人（机械手）的指挥系统，他通过控制驱动系统，让执行器按照规定的要求进行工作，并检测其正确与否。
可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，它将逻辑运算、顺序控制、时序、计数、算术运算等控制程序，用指令形式存放在储存器中，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。
与继电器控制线路相比，PLC具有可靠性高、抗干扰能力强；变成简单、使用方便；设计、安装容易，维护工作量少；功能完善、通用性强；体积小、能耗低等特点。
因此，机械手控制系统越来越多的由可编程控制器（即PLC）来实现。
本文以柔控系统中的五轴机器人的程序设计为例，充分利用气动与PLC技术的特点，实现自动化控制。
并给出了对应的I/O分配表，和PLC的外部接线图。
关键词：机械手，自动化，PLC，步进电机目录摘要 (1)目录 (2)第1章引言 (3)1.1五轴机器人（机械手）与PLC的描述 (3)1.2五轴机器人（机械手）与PLC在国内外的现状 (4)1.2.1国外现状 (4)1.2.2国内现状 (4)1.3课题研究的内容、目标以及可行性 (5)1.3.1研究内容 (5)1.3.2研究目标 (5)1.3.3可行性分析 (5)第2章 PLC、气动、步进电机及驱动器的介绍 (6)2.1PLC技术的介绍 (6)2.1.1PLC的历史与发展 (6)2.1.2PLC的特点 (7)2.1.3西门子PLC (8)2.2气动技术的介绍 (9)2.3步进电机及驱动器的介绍 (10)2.4 编码器 (11)第3章五轴机器人（机械手）的动作流程 (17)3.1五轴机器人的动作流程 (17)3.1.1合格工件在分拣单元的动作 (17)3.1.2不合格工件在分拣单元的动作 (17)3.1.3没有工件时分拣单元的动作 (17)3.2分拣单元的元器件 (18)第4章 PLC编程、接线图、分配表 (19)4.1I/0分配表 (19)4.2外部接线图 (19)4.3 PLC程序的编写 (20)第5章安装与调试 (24)总结 (26)参考文献 (27)第1章引言1.1机械手与自动化的描述五轴机器人是机械手的一种。
五轴机床的三维建模和运动仿真
２ ５ ３
山 柬工案技术
五轴机 床 的三维建模 和运动仿真
李庆婷 ， 王 宽 （ 天津职业技术师范大学 ， 天津 ３ ０ ０ ２ ２ ２）
摘 要 ：为改变ｈ ￣ － Ｙ － － 模 式，提 高零件加 工精度 ，完成复杂型面加 工，加 工 中心 由传统 的三轴加 工向五轴加 工转 变。使用五 轴机床 加工，要 了解 五轴机床各部件的三维建模 过程 和特点。为完成零件 的形状加 工，运 动的仿真尤 为重要 。 关键词 ：五轴机床；三维建模；运 动仿 真
０ 引 言
பைடு நூலகம்
相 同的距离 。
２ ． ３ 机 床 配 置
五轴加 工的建模 和运 动仿真 一般 应用在 较复杂 的 曲面 加工 技术 在机床 运动结构定义 完成后 ， 需要进行机床初 始化设置 。 打开 配 上 ，如大型 船用 螺旋桨 。五轴机 床加 工中心 采用 了直流 电动机 、高 置 一“ 机床设定 命令 ，弹 出机床 设定对话框 。 速旋 转 电主轴 ，结合 了机 电、通 信 的优 势 。一台机 器就可 以对付 各 （ １ ）加 载 机床 文件 ： 选择 配 置 一机床 一打 开机 床 文件 命 令 ， 类加 工模 式 ，这 是未来 “ 加工 中心 全 能设 备 的体 现 ，将 能成 为真 选择 在 Ｐ ｒ ｏ ｅ 中画好 的模型 的存 储位 置 ，就 可 以把画 好 的机 床模 型 正实 用意 义上的加工 中心。 导入 ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 里面了。 （ ２ ）控 制 系统 的 导入 ： 配置 ． 控 制 一打开 控 制文 件 ，也 可 以在 项 目树中 “ 控制 节点下 打开 “ 机床库 ，在 文 １ 五轴机 床的概述和优 势 件 列表 框 中选 择 “ ｈ ｅ ｉ ５ ３ ０ － ｃ ｔ ｌ 便 将此 系统 加 载到 机床 文 件 中 （ ３ ） １ ． １ 五 轴 机 床 安装 圆形毛 坯 ： 在组 件树 中选 ｓ ｔ ｏ ｃ ｋ（ ０ ， ０ ， ０ ） ，在 添加模 型中 ，选择 五 轴联 动机床是 在传统 三个线 性坐标 （ ｘ，Ｙ，Ｚ ） 轴 的基础 上增 圆柱 。然后 在 “ 配置模 型”对 话框 中 ，选择 模 型 ，进 而输入 圆 加两 个可 旋转坐 标轴 ，工件 一次夹 装即可 以对五 个面 的同时加 工 ， 柱 的高 、 半径。 （ ４ ）新建 刀具 ： 在项 目树中双 击 “ 加工刀具 选 项 ， 也 可 以完 成复 杂空 间 曲面 的高精 度加 工 】 。五 轴机 床通常 有三 种结 弹出 “ 刀具 管理器 对 话框 ，然 后选取 “ 添 加 ”一 铣刀 向导 对 构： （ １ ） 单 转 台单 摆头五 轴联 动机 床；（ ２ ） 双 转台结 构五轴联 动机床； 话框 。由于一把 完整 的铣刀是 由刀 夹、 引伸、切 刀三部 分组成 ，设 （ ３ ）双摆 头五轴联 动机床 。 置 完刀具之 后 ，要进行 刀夹 的设置 ，根据 提示 ，完成一 系列 的刀具 １ ． ２ 五轴 机床的优势 设置。 （ ５ ） 加 工程 序 导入 ： 在项 目树 中 ，双 击 数 控 程 序 ，在 （ １ ）适应范 围广 程 序是可编写式 的 ，因此 当加工不 同零件时 ， “ 配 置 ＮＣ程序 添加 “ ＮＣ程序文 件 按钮 ，然后根 据提示选 择 ， 只 需改变程序 ，不 改动其他设备 。 （ ２ ）加工效率高 数控 设备加工时 根 据编 写的加工 工 艺过 程添 加 的相 应加 工程序 。 （ ６ ）Ｇ 代码 偏置 ： 可 采用较大 的切削量 ，能缩短零件 加工所需要 的时 间。 （ ３ ）产 品有 在 项 目树 中双击 “ Ｇ代码偏 置 ， 将偏 置名 由 “ 机床 零点 改为 “ 工 稳 定的加 工精度 ，提 高了加工 质量 。 （ ４ ） 劳动强度 较低 数控 设备的 作偏 置 ”， 将 寄存器 中的值 由 “ １ 改为 “ ５ ４ ， 单击 “ 添 加 按钮 ， 自动化程度高 ，无 需工人进行繁重 的作业操作 。 完 成 Ｇ 代码 的添加 。 ２ ． ４ 碰 撞千涉检查 的设 定 ２ 五 轴机床的 三维 建模 （ １ ）确定 已选 中的 “ 开 机床仿真 复选框 。在碰撞检 测标签中 ， 对于 ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 软件 ，由于 软件 本身 带有 三维建 模 的功能 ， 能 创建 选中 “ 碰 撞检测 复选 框 。在 “ 忽略 在切 刀和毛 料 间的碰撞 下拉 方块 、 圆柱 、 旋转面轮 廓等模型 ， 但是这 些只能创建一些 简单的机床 ， 列表框 中选 择否 。在 “ 碰 撞 间隙文 本框 中输 入 ２ ． ０ 。 （ ２ ）在 机床 对 于五轴机床 ，由于结构形式 的复 杂性 ，采用 ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 创 建不能实现 ， 设定 对话框 中，单击 “ 表 标签 ，单击 “ 添加 按钮 。在 “ 位置名 需要在 Ｐ ｒ ｏ ｅ 中创 建 机床 模 型 ，然 后在 导 入 到 ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 中 。在 ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 下拉列表框 中选择 初始机床位置 。 在“ 子 系统 名下拉 列表框中选择 １ 。 中机床部 件一般都 是相对于 机床坐标 系创建 的。在 Ｐ ｒ ｏ ｅ的机床模型 在 “ 值 ”文 本框 （ ３ ）在机 床设定对 话框中 ，单 击行程极 限标签 ，选 上 创建合 适 的坐标 系 ，将会 降低导 入过程 可能 出现 的仿 真模 型的错 中超程错误复选框 。 误 。还应该 注意在 Ｐ ｒ ｏ ｅ 中创建 完模型之 后 ，保存 文件 的格 式 ，应该 ２ ． ５ 加工仿真 是ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 能够识别 的格 式 。 利用 Ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 对 叶轮 零件 进行 加工 仿真 。在 仿真 之前 ，通过 面 ２ ． １ 新建一 个项 目文件 板设 定碰 撞 检 查和 行 程检 查 值 ，结合 信 息栏 对 仿真 进 行分 析 和 检 选择 “ 文件 ”一“ 新项 目” “ 毫米 ，写入你要 建立的文件 的名 测 。 字 。根据 加工 的仿真 要求 ，在项 目树文 件中对 项 目树写 的各项 ，如 数 控系统 、坐标 系统 、加工 刀具等进行相应 的设置。 ３ 结束语 ２． ２ 定 义 机 床 运 动 构 件 本文对 五轴机床的发 展做 了简单 阐述 ， 提 出了五轴机床 的概 念 ， （ １ ）定 义 Ｂ ａ ｓ ｅ 部 件。 由于底座 已经 在 Ｐ ｒ ｏ ｅ 中 画好 了，只需 要 对 比出了五 轴机床 的独 特地位 和优势 。另外 ，还整理 出五 轴机床 建 导入 到 Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ软 件就 可 以了 。首 先在 菜单 栏 中点击 显示 机床组 模和 仿真 的开发 思路和 研发成 果。该五 轴机床 以其 方便快 捷和 强大 件 按钮 ， 则 所有的节点就 显示在项 目树 中了。 然后在 Ｂ ａ ｓ ｅ （ ０ ， ０ ， ０ ） 节点 ， 的功能获得 了一致好评 。 点击 鼠标右 键 ， 选择 “ 添加模 型 ， 选择 “ 模型 文件 ， 然后导 出已画 底座模型 。 （ ２ ）右击 Ｂ ａ ｓ ｅ ，点击添加 ｘ线性轴 一 在 “ 位置 文 本中 参考文 献 ： 定 义 ｘ轴 零点 。在 ｘ轴上 ，右击 添加 Ｙ线 性轴 一 在 “ 位 置 文 本中 １ 何 志伟 ． 数控 加 工过程建模 和仿真 的研 究与应 用 ［ Ｊ 】 ． 组合 机床 定义 Ｙ轴零 点。 （ ３ ） 跟 ｘ线 性轴并行 的位 置 ， 定义线性 Ｚ 轴一 在“ 位 置” … 文本 中定 义 Ｚ轴零 点 。 （ ４ ）定义 Ｂ旋 转 轴 。在 Ｙ轴 下 ，右击添 加 与 自动 加 工 技 术 ， ２ ０ ０ ４ （ ０ ３ ） ： ５ － ７ ． Ｂ旋 转轴 （ Ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ ） ，在 “ 快速 速度 ” 中定义 Ｂ速度 。然 后添加 模 【 ２ 】张健 ， 唐 清春 ， 马仲 亮等 ． 某 离心 式压 气机 叶轮 加工 工艺 的分 型 。右 击 Ｂ旋转 轴 ，点 击主轴 ，定义模 型 ，完 成操作 。定义 Ｃ旋转 析 ［ Ｊ ］ ．汽 轮 机 技 术 ． ２ ０ １ ３ ， ５ ５ （ ０ ３ ） ： ２ ３ ８ － ２ ４ ０ ． 轴 。在 Ｚ轴节点 下添加 Ｃ轴 ， （ ５ ）定义 Ｔ ｏ ｏ ｌ 轴 。在 Ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ轴节点 下添加 Ｔ ｏ ｏ ｌ 轴。 （ ６ ）移 动 “ 附属 ”组件 。在 “ 附属 右击选择 剪切 ， 作者 简介 ：李庆 婷 （ １ ９ ８ ９ 一 ），女 ，山 东滕 州人 ，研 究生在 读 ，研 究 粘 贴在 Ｃ轴下 。按照 上述步 骤定义 完成主 要机床 部件 。调入各 轴组 件之前 ，为使 装配 位置不 变 ，在 添加 轴组件 模型 时让其 向方 向移动 方 向 ：五 轴 后 置 处 理 。
PPT课件—工业机器人集成系统数字化设计与仿真2.5.5 IRB120机器人5轴小臂
图2-175 合并实体
图2-176 绘制草图
2.5.5 IRB120机器人5轴小臂
（14）在快捷工具栏单击“拉伸”快捷命令，弹出“拉伸”对话框中，“曲线规则”为“单条曲线”， “选择曲线”为如图2-177所示步骤（13）草图曲线，“方向”指定为-YC，“开始距离”输入0， “结束距离”输入2，“布尔”操作选择“合并”，单击“确定”。
（22）单击“拉伸”命令，弹出“拉伸”对话框。“选择曲线”为如图2-185所示，“方向”指定为 YC，“开始距离”-6，“结束距离”6，“布尔”操作选择“无”，单击“确定”。 （23）单击“减去”布尔操作命令，弹出“求差”对话框。“选择体”和“工具体”为如图2-186所 示，单击“确定”。Βιβλιοθήκη 图2-185 外缘轮廓拉伸操作
图2-179 拉伸草图
图2-180 倒斜角
2.5.5 IRB120机器人5轴小臂
（18）选择“菜单”→“插入”→“在任务环境中绘制草图”，弹出“创建草图”对话框，选择如 图2-181所示的平面为工作平面，单击“确定”，进入草图界面，绘制如图2-181所示直径4的6个 圆，单击“完成草图”，退出草图环境。
（6）在快捷工具栏单击“拉伸”快捷命令， 弹出“拉伸”对话框，“曲线规则”选“单条 曲线”，“选择曲线”为如图2-169所示步骤 （5）绘制的草图曲线，“方向”指定为XC， “开始距离”输入35，“结束距离”输入60， “布尔”操作选“无”，单击“应用”。
图2-169 拉伸草图
2.5.5 IRB120机器人5轴小臂
LOGO
2.5.5 IRB120机器人5轴小臂
2.5.5 IRB120机器人5轴小臂
【例2-13】创建如图2-163所示的工业机器人5轴小臂三维模型。 操作步骤如下。
五轴工业机器人控制系统设计
五轴工业机器人整体结构设计摘要五轴工业机器人是一种工业上的关节机器人，其广泛应用于世界的工业自动化领域，在世界上，我国的五轴工业机器人技术相比于国外发达国家无论是从时间还是技术方面都比较落后，并且很多零部件以及芯片都离不开外货进口。
五轴工业机器人控制系统是五轴工业机器人智能化和人工化的核心系统之一，因此控制系统的功能强度，性能的好坏直接影响着五轴工业机器的整体控制性能以及工作状态。
本文将对五轴工业机器人的控制系统进行硬件系统的设计、软件的选择以及程序的编写，并对它运动轨迹进行规划，对伺服控制系统的电机进行选择、对运作位置进行设计。
关键词：五轴工业机器人；软硬件控制；电机的选择；控制系统设计Design of five-axis Industrial Robot Control SystemAbstractFive-axis industrial robot is an industrial joint robot widely.It is used in the world's industrial automation field. Compared with developed countries, Chinese five-axis industrial robot technology is relatively backward in terms of time and technology, and many parts and chips cannot be separated from foreign imports. Five-axis industrial robot control system is one of the intelligent and artificial core systems of five-axis industrial robot. The function of the control system,whose strength and performance is good or bad directly affect the overall control performance of five-axis industrial robot and the stability of the working state.This design will carry out hardware system design, software selection and program preparation for the control system of the five-axis industrial robot, and planing it’s motion trajectory, selectting the motor of the servo control system, and designing the operation position.Key words:Five-axis industrial robot，hardware and software controlling，Motor selection，control system designing.目录1 前言 (1)1.1本设计的目的、内容及意义 (1)1.2本设计在国内外的发展概况 (3)1.2.1国外研究现状 (3)1.2.2国内研究现状 (3)1.3本设计应解决的主要问题 (4)1.4 研究的基本思路和方法 (4)2对于五轴工业机器人工作的原理分析 (5)2.1五轴工业机器人运作原理 (6)2.2五轴工业机器人控制系统的综合评述 (6)2.2.1五轴工业机器人控制系统的特点 (6)2.2.2五轴工业机器人的贴标工艺 (6)3五轴工业机器人硬件控制系统的设计 (7)3.1控制原理的分析 (7)3.2硬件控制系统组成与内部选择 (7)3.2.1硬件控制系统的组成部分 (7)3.2.2硬件控制系统的内部选择 (8)3.3CPU硬件控制系统的设计 (9)3.3.1CPU硬件控制系统构架设计 (9)3.3.2CPU的控制器的外部电路的设计 (10)3.3.3 JTAG接口线路的设计 (12)3.3.4总控制芯片最小系统设计 (13)3.3.5 FPGA逻辑处理单元设计 (15)3.4伺服电机及伺服驱动器的选择 (17)3.5控制柜的设计 (19)3.5.1控制柜内部电源设计 (19)3.5.2变压器的设计 (21)3.5.3中间继电器的选择 (21)3.5.4急停按钮与指示灯的选择 (22)3.5.5 PLC的选择 (24)3.5.6 I/O板的设计 (26)3.5.7 工控机的选择 (27)3.5.7 导线的选择 (28)3.5.8 控制柜的设计 (29)4.五轴工业机器人的轨迹规划 (30)4.1轨迹规划应考虑的问题 (30)4.2五轴工业机器人的轨迹规划 (31)4.2.2圆弧轨迹规划 (32)5软件的选择与电机的仿真 (33)5.1软件的选择 (33)5.1.1 DEV C++软件界面的介绍 (33)致谢 ...................................................................................................................错误!未定义书签。
基于ADAMS的五自由度机械手的设计及运动学仿真
机 械 手 运 动 学 分 为 两 类 基 本 问题 ：一 类 是运 动 学正 问题 ，根 据 已知 的 各项 参 数 求 解末 端 执行 器 相 对 于 绝对 坐 标 系 的位 置 和 姿 态 ； 另一 类是 运 动 学 逆 问题 ，根 据 已给 定 的满 足 工 作 要 求 时末 端 执 行 器 相 对 于 绝 对 坐 标 系 的位 置 和 姿 态 以及 结 构 参 数 ，求 各 连 杆 以及 运 动 副 的运 动 参 数 。 由于 已 知 末 端 执 行 器 的位 置 和 姿 态 ， 因此 可 通 过 机 械 手 逆运 动 学方 程对 本机 械 手进 行求 解 。
１．２ 机械手结构参数 根 据 其 使 用 要 求 ， 机 械 手 的 旋 转 半 径
Ｒ＝１ ３ １ ｍ ｍ ， 抓 取 时 末 端 执 行 器 距 离 平 台 Ｈ。＝１００ｍｍ，基 座在 旋 转时 末端 执 行器 距 离平 台为 Ｈｌ：１１０ｍｍ。为达 到其 使用 要 求 ，大 臂ＬＩ＝１１０ｍｍ， 小臂Ｌ２＝６０ｍｍ，腕部Ｌ３＝７５ｍｍ。
ｌ 匐 似
基于ＡＤＡＭＳ的五 自由度机械手的设计及运动学仿真
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｋｉｎｅｍ ａｔｉｃｓ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍ ａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ｗ ｉｔｈ ｆ ｉｖｅ ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ
ｆｒｅｅｄｏｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａ 队 Ｍ Ｓ
陈向伟，高 强 ，肖 冰
ＣＨＥＮ Ｘｉａｎｇ．ｗｅｉ， ＧＡＯ Ｑｉａｎｇ，ＸＩＡＯ Ｂｉｎｇ
０ 引言
机 械 手 是 具 有 传 动 执 行 装 置 的 机 械 ， 它 由 臂 、关 节 和 末 端 执 行 装 置 构 成 ，组 合 为 一 个 相 互 连 接 和 相 互 依 赖 的运 动 机 构 ，且 具 有 可 改 变 的 和 反 复 编 程 的 自动 机 械 装 置 ，是 机 器 人 核 心 部 件 之 一 。 近 年 来 随 着 工 业 自动 化 以 及 信 息 化 的 发 展 ， 机 械 手 被 广 泛 应 用 于 各 个 领 域 ，在 高 温 、 高 压 和 粉 尘 等 各 种 恶 劣 的 作 业 环 境 中 以及 一 些具 有 危 险 性 的场合 它 可以代 替人 连续 的工 作 。它已经 成为 实 现 生产过 程 自动化 ，提 高 劳动 生产 率和 实现 安全 生 产 不可 缺少 的 自动 化设 备 ，因此分析 和 研究机 械 手 在失 重法 飞灰 测碳仪 中的应 用是 非常必 要 的。
基于PLC的五轴教学机械手设计毕业论文
基于PLC的五轴教学机械手设计毕业论文目录绪论 (1)第一章机械手的总体设计 (3)1.1运动设计要求 (3)1.2驱动系统的选择 (3)1.3教学型五关节机械手机构简图 (3)第二章气动机械手的气缸设计 (5)2.1基座及连杆的结构 (5)2.1.1基座的结构 (5)2.1.2大臂的结构 (6)2.1.3小臂的结构 62.1.4手腕的结构 72.2机械手手部的设计 (8)2.2.1根据课程选择手部类型 (8)2.2.2手部的设计 (8)2.3机械手的驱动与转动 (10)2.3.1手臂部分的传动方案 (11)2.3.2手指驱动缸的设计和选定 (14)第三章机械手的控制系统设计 (19)3.1步进电机控制系统的设计 (19)3.1.1PLC对步进电机的控制 (19)3.1.2脉冲分配器的选择 (20)3.1.3功率放大电路的设计 (22)3.2气动部分控制系统的设计 (23)3.2.1气动系统的介绍 (24)3.2.2气动系统的分类 253.2.3气动控制方式 253.2.4装置的技术要求273.2.5控制方式的选择 273.2.6气动回路的设计 273.2.7传感器的选择 33 第四章机械手PLC程序设计 (37)4.1PLC概述 (37)4.2输入和输出点分配表 (37)4.3PLC软件程序 (39)4.3.1 PLC 梯形图 (39)4.3.2 PLC 语句表 (43)4.3.3机械手控制面板 (45)参考文献 (46)绪论一、机械手的研究现状热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。
为了实现高效率租工作安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。
国首先是用锻造操作机，装取料机械手来代替人工操作，减轻劳动强度。
后来在精锻机上采用机械手，使精锻过程自动化，代替人工喂料。
国外对锻造机械手的研制工作十分重视，如美国采用圆柱坐标式机械手在1300吨锻压机上锻造齿轮毛坯，瑞典采用unimate型机城手在压力机上锻造曲轴，采用Versatran型机械手生产大型轴承环，机械手在两台液压机间传送轴承环的坯料，联邦德国在一条模锻线上采用自动送料装置和操作机械手，能从炉子取出毛坯，在粗杆、短行程模锻锤的三个模膛中进行锻造，然后取出。
五自由度工业机器人结构设计
1绪论工业机器人，一般指的是在工厂车间环境中，配合自动化生产的需要，代替人来完成材料或零件的搬运、加工、装配等操作的一种机器人。
国际标准化组织(ISO)在对工业机器人所下的定义是“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用设备，以执行种种任务”。
随着科学和技术的不断发展，在过去的几个世纪里，人类在许多方面都取得了重大的进展。
机器人技术作为人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代初问世以来，经历了短短的40年，已取得长足的进步。
工业机器人在经历了诞生、成长、成熟期后，已成为制造业中必不可少的核心装备，而且工业机器人不仅在工厂里成了工人必不可少的伙伴，而且正在以惊人的速度向航空航天、军事、服务、娱乐等人类生活的各个领域渗透。
据联合国经济委员会和国际机器人联合会去年关于世界机器人的报告，仅2003年新投入使用的机器人接近10万个，使世界目前使用的机器人总数超过75万。
世界使用机器人最多的国家是日本，约38 .9万；其次为德国(9.1万)、美国 (9万)、意大利(3.9万)、韩国(3.8万)、法国(2.1万)、西班牙(1.3万)和英国(1.2 万)，并且报告估计2004年，全世界使用的机器人总数将超过100万。
我国的工业机器人发展的历史已经有20多年，从“七五”科技攻关开始，正式列入国家计划，在国家的组织和支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，不仅在机器人的基础理论和关键技术方面取得重大突破，而且在工业机器人整机方面，己经陆续掌握了喷漆、弧焊、点焊、装配和搬运等不同用途、典型的工业机器人整机技术，并成功的应用于生产，掌握了相关的应用工程知识。
但总的看来，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外的相比还有一定的距离。
我国目前大约有 4000台工业机器人，其中仅有1/5是国产的，其余的则是从40多个国外厂商进口的机器人。
五自由度关节型机器人的结构设计及其仿真分析 毕业设计
摘要机械手因其较高灵活性和通用性，在生活、制造等各个领域中都扮演着极其重要的角色。
它可以搬运货物，分拣物品，并能够在在有害环境下操作以保护人身安全，代替人的繁重劳动，因此被广泛应用于机械制造、轻工以及需求物品搬运等各种场所。
本次设计的研究方向是五自由度关节型机器人的结构设计及其仿真分析，在确定了设计方案以后，就开始查阅机器人的相关资料，以便以后的设计能顺利进行。
然后就是对机械手的几大部分进行了相关计算，确定了相关数据以后，二维的CAD、CAXA随即开了运行，而后就是到PRO/E的三维实体设计，机械手的各部分的实体模型也随之而出。
最后进行的便是ADAMS的仿真，将需要的数据输入以后，机械手便可以根据要求运动，同时截取了一些重要的线性图，提高了本次设计的机械手的可行性、科学性。
关键词：机械手；结构；计算；数据；AbstractBecause of its high flexible manipulators and universality, in life, in various fields such as plays a very important role. It can carry goods, articles, and can be sorted in harmful environment to protect personal safety operation, instead of heavy labor, therefore, are widely used in machinery manufacturing, light industry and the demand for handling items.This design research direction is five dof joints of the robot structure design and simulation analysis, in determining the design plan later, began to refer to the related information, so as to make robots after design can be carried out smoothly. Then a few most of manipulator is carried on the related calculation, determine the relevant data later, two-dimensional CAD, CAXA immediately opened run, and then is to PRO/E, the three-dimensional design of the manipulator each part of entity model also subsequently and out. Finally the simulation is conducted, will need to ADAMS after the data input according to requirements, manipulator can exercise, meanwhile intercepting the some important linear figure, improve the design of the manipulator of practical, scientificKeywords：Manipulator, formation，Calculation; data目录摘要 (I)Abstract .................................................... I I 第一章绪论 (1)1.1 机器人的概念 (1)1.2 我国机器人研究现状 (1)1.3 工业机器人概述 (2)1.4 工业机器人研究的现状与意义 (3)1.5 论文研究的主要内容 (3)第2章五自由度机器人方案的设计 (5)2.1 机器人机械设计的特点 (5)2.2 与机器人有关的概念 (5)2.3 设计方案 (6)2.3.1底座设计方案 (6)2.3.2手臂结构方案设计 (6)2.3.3手爪的设计方案 (7)2.3.4腕部结构的设计 (8)第3章五自由度机器人的结构设计 (10)3.1 手爪结构设计 (10)3.1.1手部结构设计的基本要求 (10)3.1.2夹紧力计算 (10)3.1.3驱动力计算 (11)3.1.4楔块等尺寸的确定 (12)3.1.5材料及连接件选择 (12)3.2腕部结构设计计算 (13)3.2.1 腕部回转关节的设计 (13)3.2.2 腕部俯仰关节的设计 (13)3.2.3 腕部材料的选择 (14)3.3 大臂和小臂结构设计 (14)3.3.1小臂的结构设计 (14)3.3.2 大臂的结构设计 (14)3.3.3臂部材料的选择 (15)3.4腰部结构的设计 (15)3.4.1腰部材料的选择 (16)3.5底座结构设计 (16)3.6 轴承的选择 (16)第4章五自由度机器人的三维造型 (17)4.1概述 (17)4.1.1Pro /E的主要功能 (17)4.1.2 主要特征 (19)4.2机器人各部件实体模型的建立 (20)4.2.1 手爪的实体模型 (21)4.2.2 手腕的实体模型 (22)4.2.3 大臂与小臂实体模型建立 (23)4.2.4 底座的实体模型 (26)4.2.5.轴承的实体模型 (30)4.3 机器人的整体实体模型 (31)本章小结 (31)第5章 ADAMS的运动学仿真 (32)5.1 ADAMS基本简介 (32)5.2用户界面模块（ADAMS/View） (33)5.3 求解器模块 (ADAMS/Solver) (35)5.4后处理模块（ADAMS/Postprocessor） (35)5.5设定仿真变量 (36)5.6图表及数据处理 (38)第6章全文总结 (41)参考文献 (42)致谢 (43)第一章绪论1.1 机器人的概念机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。
基于PLC与WINCC的五轴机器人运动仿真系统的研究
基于PLC与WINCC的五轴机器人运动仿真系统的研究摘要：本文描述了基于PLC和WINCC的五轴机器人运动仿真系统的方案，利用西门子S7-1200与V90伺服驱动器控制机械手的运行。
利用WINCC软件复现机器人的真实运动状态。
实现了对五轴机器人动作过程的监控与仿真。
关键词：机器人；PLC；WINCC；1前言机器人能够模仿人手臂的某些动作，按照事先编制好的程序实现物料的抓取、搬运等功能。
他可代替人工完成繁重、重复的劳动，以实现生产过程的机械化和自动化。
能够在有害的环境下进行工作，因此广泛的应用在机械制造、冶金等行业。
PLC（可编程控制器）是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展起来的工业自动控制装置，具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单灵活通用等一系列优点因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的应用。
随着PLC技术的不断发展和完善，现在绝大多数PLC可用于圆周运动或直线运动的控制，使用专用运动控制模块可实现伺服电机或步进电机的单轴或多轴插补的位置控制。
因此PLC作为机器人的控制系统已逐渐成为一种趋势。
结合WINCC软件，利用组态的界面实现实时显示、监视、生产信息的统计等功能，使其在工业控制领域的应用更为广泛。
2系统设计由于PLC有较强的抗干扰能力和安全、可靠的优点，本系统采用西门子S7-1200PLC作为机器人系统的控制器，系统硬件主要由PLC、伺服传动系统、真空吸盘、电磁吸盘气缸、传感器及外围低压电器等部分组成。
伺服驱动器使用的是西门子V90的驱动器和S7-1200PLC配合实现五轴的联动控制。
机器人在最上方、最左边、吸盘释放的状态为初始状态。
上料辊道前端检测有料后机械手开始运行到取料位置，真空吸盘吸料，之后运行到机床内部释放物料，退回到取料位开始重复取料动作，机床加工完成之后给下料机器人发送信号，下料机器人进入机床内部进行取料动作，取料后运行到下料辊道处将物料释放，释放后开始重复下料动作。
一种五自由度串联机器人的设计
本文设计了一个五自由度串联机器人，首先通过计算得到执行端所需要的驱动力矩，再以此为依据选出该关节所需的减速器和伺服电动机，设计出外壳和关节的连接结构，绘制3D图，通过软件的测量求出设计好的部分重心，求出下一个关机所需的驱动力矩，选出所需的减速器和伺服电动机，以此类推最终完成总体设计，并且绘制了串联五自由度机器人的工程图。
关键词：五自由度串联机器人总体设计伺服电动机This paper designed a five DOF serial manipulator. First of all, through the calculated execution end driving torque, and this is the basis to select reducer and servo motor which the joint required, then design the shell and joint connection structure by 3D software . through the measurement , design part of the center of gravity for a shutdown required driving torque, select the desired speed reducer and servo motor, and so on. And final complete the overall design,and made a five DOF serial manipulator engineering drawing.Key words: 5-dof serial manipulator overall design Servo motor目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1概述 (1)1.1.1机器人定义 (1)1.1.2机械手的应用简况 (1)1.1.3发展趋势 (1)1.2研究内容 (2)第2章搬运机械手结构设计 (3)2.1机械手的组成 (3)2.1.1执行机构 (3)2.1.2驱动机构 (3)2.2机械手的分类 (3)2.3机械结构设计与分析 (4)2.4传动、驱动方式的分析与选择 (4)第3章机器人手部的设计 (6)3.1手部设计要求 (6)3.2 驱动力的计算 (6)3.3两支点回转式钳爪的定位误差的分析 (8)3.4 手抓夹持范围计算 (8)第4章总体设计 (10)4.1总体设计参数 (10)4.2 设计原理 (10)4.3 传动设计 (10)4.4 关节处设计 (11)4.5 手臂设计 (12)4.6 整体设计 (13)第5章静力矩估算与电机、减速器的选择 (14)5.1 电机、减速器的选择 (14)5.1.1手腕转动 (14)5.1.2手臂俯仰 (16)5.1.3小臂俯仰 (17)5.1.4大臂俯仰 (19)5.1.5大臂转动 (21)5.2手臂的校核计算 (22)5.3轴的校核 (23)致谢 (27)参考文献 (28)第1章绪论1.1概述1.1.1机器人定义机器人、工业机器人、机械手，这些名词术语代表着不同的事物类别，但在概念上没有明确的区分，说明它们又有相似之处。
机械毕业设计1440五自由度装配工业机器人设计
机械毕业设计1440五自由度装配工业机器人设计1.引言机器人技术在现代制造业中发挥着越来越重要的作用，装配工业机器人作为其中一种应用广泛的机器人类型，具有高效、准确和灵活等优势。
本文旨在设计一台具有五自由度的装配工业机器人，以满足装配操作的要求。
2.机器人结构设计本设计采用常见的串联机构设计，包括底座、第一关节、第二关节、第三关节和末端执行器。
每个关节采用电机和减速机构实现转动，并通过关节链来实现机械连接。
3.机器人运动学分析针对五自由度机器人，需要进行运动学分析，确定每个关节的运动范围和运动约束。
运动学分析包括正向运动学和逆向运动学两个方面。
正向运动学通过给定机械臂末端执行器的位置和姿态，求解每个关节的角度和位置。
逆向运动学则是给定每个关节的角度和位置，求解末端执行器的位置和姿态。
这两个分析结果可以用于机器人控制和路径规划。
4.控制系统设计机器人控制系统包括硬件和软件两个部分。
硬件部分包括电机驱动器、传感器和运动控制器等，用于控制机械臂运动和感知环境。
软件部分主要包括机器人控制算法和路径规划算法，用于实现机器人的运动和任务执行。
5.安全设计在机器人设计过程中，安全性是一个重要的考虑因素。
为了保证操作人员的安全，需要在机器人周围设置安全防护措施，例如光栅、限位开关等。
此外，机器人本身也应具备碰撞检测和紧急停止功能，以应对意外情况。
6.性能评估与优化为了评估机器人的性能，可以采用速度、精度和稳定度等指标进行评估。
通过仿真和实验验证，可以优化机器人的运动轨迹和控制算法，提高机器人的性能和工作效率。
7.结论本文设计了一台具有五自由度的装配工业机器人，并进行了结构设计、运动学分析、控制系统设计、安全设计以及性能评估与优化等工作。
该机器人具备高效、准确和灵活的特点，可应用于各种装配操作。
《2024年新型轮腿式机器人的设计与仿真》范文
《新型轮腿式机器人的设计与仿真》篇一一、引言随着科技的飞速发展，机器人技术已成为现代工业、军事、医疗、救援等多个领域的重要支撑。
其中，新型轮腿式机器人以其独特的运动方式和适应能力，逐渐成为研究的热点。
本文将详细介绍新型轮腿式机器人的设计理念、结构特点及仿真分析，以期为相关研究提供参考。
二、设计理念新型轮腿式机器人结合了轮式和腿式机器人的优点，具有较高的移动性能和适应能力。
设计理念主要体现在以下几个方面：1. 高效移动：轮腿式机器人能够在不同地形中灵活移动，提高移动效率。
2. 适应性强：针对复杂环境，轮腿式机器人能够快速切换运动模式，提高适应能力。
3. 结构紧凑：优化机器人结构，减小体积和重量，便于携带和部署。
三、结构设计新型轮腿式机器人主要由轮式结构、腿式结构和控制系统三部分组成。
1. 轮式结构：采用多轮驱动的设计，使机器人能够在平坦地面上高速移动。
同时，轮式结构可实现360度旋转，提高机器人的灵活性。
2. 腿式结构：腿式结构采用仿生学原理设计，使机器人能够在不平整地面或复杂环境中灵活移动。
腿部采用弹簧减震系统，提高机器人的抗震性能。
3. 控制系统：控制系统是机器人的“大脑”，负责控制机器人的运动、感知和决策。
采用先进的传感器和算法，实现机器人的自主导航和避障功能。
四、仿真分析为了验证新型轮腿式机器人的性能，我们采用了虚拟仿真技术进行模拟分析。
仿真过程主要包括建立模型、设置参数、运行仿真和结果分析四个步骤。
1. 建立模型：根据机器人结构特点，在仿真软件中建立三维模型，并设置各部分参数。
2. 设置参数：根据实际需求，设置仿真参数，如运动速度、加速度、环境条件等。
3. 运行仿真：在仿真软件中运行模拟程序，观察机器人在不同环境中的运动情况。
4. 结果分析：根据仿真结果，分析机器人的运动性能、适应能力和能耗等指标。
通过仿真分析，我们发现新型轮腿式机器人在不同环境中均表现出较高的移动性能和适应能力。
在平坦地面上，机器人能够以较高速度移动；在复杂环境中，机器人能够快速切换运动模式，灵活应对各种挑战。
【毕业论文】机器人五自由度机器人结构设计说明书【有CAD图】
毕业设计(或论文)说明书页毕业设计说明书-机器人五自由度机器人结构设计I毕业设计(或论文)说明书页摘要随着机器人技术的飞速发展，工业机器人的应用领域正在不断的扩大，对教育培训部门提出了新的要求，为提高机器人教学的水平，我们研制了一套以实验教学为目的的机器人演示系统。
本文阐述了机器人的发展历程，国内外的应用现状，及其巨大的优越性，提出具体的机器人设计要求，进行了本演示系统的总体方案设计和各自由度具体结构设计、计算；对演示系统的控制部分的研制，其中包括：进电机开环控制；光电码盘为反馈元件的，以PWM型功放电路为驱动器的直流电机闭环控制；以89C51单片机为核心，实现演示系统的键盘管理和LCD显示，并以单CPU分时控制形式，实现机器人运动的点位控制方式。
最后设计制定出利用本演示系统所开设的几个实验的指导书。
关键字：教学机器人、结构设计、闭环控制、演示实验II毕业设计(或论文)说明书页AbstractWith the development of robot technology, the continual expansion of application of industrial robots presents newrequire-ments before education and training agencies.We have developed a robot demonstration system for experiments in training to improve the teaching effect of ―Robot Teaching‖.Firstly, this paper discusses the development course ,the study both in demestic and in external, the significant advantages of robot and then gives the supporting source of the study and the technical requirements, Secoundly,this paper discusses the overall design and calculation on each degree of freedom ，and about the study on the control part of the Training Robot system,which includes the open-loop control of the stepping motor ,the digital closed-loop control of the DC motor with an optical-electrical encoder as feedback cell and the PWM power amplifier as driver .The keyboard management and the LCD display is based on a 89C51 singal plate computer .It is achieved in point to point control by a singal CPU with share time.At the end, it presents guidances to some experiments on the demonstration system.Keywords: Training Robot、Structure Design、Closed-Loop Control 、Demonstrating Experimen t.III毕业设计(或论文)说明书页目录摘要 (1)Abstract (3)第1章绪论 (1)1.1机器人概述 (1)1.1.1机器人的诞生与发展................................. 错误！未定义书签。
5自由度机器人手臂的三维建模及运动分析【毕业作品】
任务书设计题目： 5自由度机器人手臂的三维建模及运动分析1．设计的主要任务及目标对机器人手臂进行广泛调研、查阅文献，了解和掌握机器人手臂的重要作用，明确选题的意义。
分析机器人手臂的工作原理，掌握各个关节自由度的分配，由肩关节、大臂、肘关节、小臂和腕关节五个方面，设计具有5自由度的机器人手臂。
2．设计的基本要求和内容（1）通过广泛调研、查阅文献，了解和掌握机器人手臂的重要作用，研究现状、基本类型、设计方法等，明确选题的意义。
（2）综合基础知识和专业知识对机器人手臂进行三维建模。
（3）完成机器人零件二维工程图2张。
（5）按时完成毕业论文。
要求论文论述清楚、文理通顺、图表规范、数据准确、内容完备。
（6）遵守纪律，以严谨的科学作风，按时完成各项任务。
3．主要参考文献[1] 吕恬生，刘文焕.机器人趣谈.成都：四川科学技术出版社,1999[2] 杨建.机器人的发展和应用.创新论坛.2002(1)[3] 王承义.机械手及其应用.北京：机械工业出版社，1981，1-6[4] 满翠华，范迅，李成荣等.5自由度机器人手臂研究.制造业自动化.2006(10)4.进度安排注：一式4份，系部、指导教师各1份、学生2份：[毕业设计]及答辩评分表各一份5自由度机器人手臂的三维建模及运动分析摘要：本课题主要是对五自由度机器人手臂进行结构分析，并进行三维建模与分析。
本课题阐述了机器人的发展历程，国内外的应用现状，及其巨大的优越性，提出具体的机器人设计要求。
本课题的主要工作是通过对机器人手臂进行结构分析，对各个关节进行设计，然后根据自己的理解分配各关节的自由度，在了解了各关节的结构的基础上对机器人的各个关节的各个零件进行三维建模，之后再进行各个零部件的装配，完成手臂的三维建模。
通过本课题了解五自由度机器人手臂的结构，学习到了如何使用solidworks进行复杂的三维建模。
关键词：5自由度，机器人手臂，机构，建模，装配The 3D modeling and motion analysis of 5 degree of freedom robot armAbstract：The main task is to analyze the structure of five degree of freedom robot arm, and 3D modeling and analysis.This paper discusses the development history of robots, the application status at home and abroad, and its great superiority, the robot specific design requirements.The main work of this paper is that by analyzing the structure of the robot arm, design of various joint,And then according to their own understanding of the distribution of each joint degree of freedom, three-dimensional modeling based on understanding the structure of each joint of each joint of robot parts,After each parts assembly, 3D modeling completed arm.To understand the structure of five degree of freedom robot arm by the subject, learning how to use SolidWorks for 3D modeling of complex.Key word：5 degree of freedom the robot arm mechanism modeling assembly目录1 前言 (1)1.1机器人手臂的研究背景及意义 (1)1.1.1课题研究背景 (1)1.1.2本课题的研究意义 (3)1.2机器人手臂的发展现状及趋势 (4)1.2.1机械人手臂的发展概况 (4)1.2.2机械手臂的发展趋势 (5)1.3本课题的目的及研究方法 (7)1.3.1专题的内容与要求 (7)1.3.2本课题采用的研究方法 (7)2 机器人手臂的基本知识及设计 (8)2.1机器人手臂概述 (8)2.1.1机器人手臂的组成 (8)2.1.2机器人手臂的分类 (9)2.2机器人手臂设计 (10)2.2.1机器人手臂的设计准则 (10)2.2.2机器人手臂结构的设计 (10)3各关节自由度的设置 (12)3.1机器人手臂的自由度 (12)3.1.1 自由度 (12)3.1.2 工作空间 (12)3.2 各关节自由度的分配 (12)3.2.1手臂的自由度 (12)3.2.2 臂部的自由度 (13)3.2.3 腕部自由度的分配 (13)4机器人手臂三维建模 (14)4.1Solidworks概述 (14)4.1.1solidwork软件介绍 (14)4.2机器人手臂的三维建模 (16)4.2.1零件的三维实体建模 (16)4.2.2零件的装配 (19)4.2.3建模及装配过程中应注意的问题 (22)4.2.4再生失败的预防 (23)4.3二维工程图的绘制 (24)5结论 (28)参考目录 (29)致谢 (30)附录 (31)1 前言1.1机器人手臂的研究背景及意义1.1.1课题研究背景机器人技术的发展，应该说是随着时代的发展，随着人们的需要，很自然的，顺应时代潮流而产生的产物人们不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中,来需求能够解放人的一种奴隶。
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摘要工业机器人是一种集多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备，随着科学与技术的发展，工业机器人的应用领域也在不断扩大。
虽然近年来我国工业机器人的需求量逐年增加，但目前国产的机器人大多还需要进口，这与我国快速的发展的工业水平不相适应。
本文以FES TO柔性生产线装配工作站的三菱工业机器人为基础，针对五轴工业机器人的主体结构进行设计，其中包括各运动关节电机和传动机构的选型设计；机器人主体机构三维建模；机器人关键零部件的三维建模和工程图绘制；通过机器人手腕、前臂、后臂、立柱和底座这几部分的结构设计及运动仿真，探讨在solidworks 软件环境下, 建立了机械手臂的三维实体建模、虚拟装配、动态模拟和干涉检查, 并运用solidw orks的motion模块进行机械手臂的运动仿真,实现Solidworks软件环境下机械手臂的虚拟设计。
本设计的工业机器人采用交流伺服电机及带传动的工作方式，机器人传动环节减少，结构简单，提高了系统的精度，减少维护工作量，同时也简化了生产工艺，降低了生产成本。
关键词：工业机器人、结构设计、仿真模拟、solidworksAbstractThe industrial robot is a set of advanced technologies in the integration of multidisciplinaryimportant modern manufacturing equipment, with the development of science and technology, theindustrial robot applications are constantly expanding. Although in recent years the demand robot ofour country increases year by year, but at present homebred robot also need to be imported, and thisdoes not suit to China's rapid industrial development level.This paper is based on the Mitsubishi industrial robot of FESTO flexible manufacture systemassembly workstation based on five axis robot, structure design, including the movement of eachjoint motor and transmission mechanism design of the robot body mechanism; 3D modeling; robotkey parts of the 3D modeling and engineering drawing; through the robot wrist, forearm, arm acolumn and a base, the parts of the structure design and the movement simulation, discusses in theSolidWorks software environment, to establish a mechanical arm of the 3D solid modeling, virtualassembly, dynamic simulation and interference check, and by using the SolidWorks motion modulefor mechanical arm movement simulation, implementation of Solidworks software environment forvirtual design of mechanical arm. The design of the industrial robot driven by AC servo motor andbelt transmission mode, the robot transmission link is reduced, and has the advantages of simplestructure, improve the precision of the system, reduces the maintenance workload, but also simplifiesthe production process, reduce the production cost.Key words: industrial robot, structure design, simulation, SolidWorksV第一章绪论目录 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 国内外研究综述 (2)1.3 研究现状 (4)1.4 研究意义 (7)第二章设计选型 (8)2.1 机构选型 (8)2.1.1运动机构 (8)2.1.2 传动机构 (10)2.1.3控制机构 (11)2.2电机选型 (13)第三章机械部分设计 (18)3.1 设计内容 (18)3.1.1机器人手腕设计 (18)3.1.2机器人前臂设计 (20)3.1.3机器人后臂设计 (22)3.1.4机器人立柱设计 (24)3.1.5机器人底座设计 (27)第四章机器人装配及运动仿真 (29)4.1 机器人装配 (29)4.2机器人运动仿真 (42)第五章市场前景 (44)5.1 市场分析 (44)第六章总结与展望 (45)6.1总结 (45)6.2展望 (45)致谢 (46)参考文献 (47)第一章 绪 论1.1 选题背景工业机器人是一种集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进 技术于一 体的现代 制造业重 要的自动 化装备。
我国工业机 器人研究开始于20 世纪80 年 代中期，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，已经基本实现了实验、引进到自主开发的转变，促进了我国制造业、勘探业等行业的发展 。
但随着我国 门户的逐渐开放， 国内的工业机器人产业面临着越来越大的竞争 与冲击。
虽然我国机器人的需求量逐年增加，但目前生产的机器人还很难达到所要 求的质量，很多机器人的关键部件还需要进口。
所以目前来说，我国还处在一个机 器人消费型的国家。
我国现有的机器人研究开发和应用的工程单位超过200家，其中从事工业机器人研究和应 用的超过80 家。
基本掌握了操作机的设计制造技术、控制系统硬件和 软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，开发出弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，目前生产的 各类工业机器人中有90%以上用于生产中 。
近年，我国机器人市场保 有量将增至48600 台，年销售额约90 多亿元。
根据发达国家产业发展与升级的历 程和工业机器 人产业化发展趋势预测，到2015 年，我国机器人市场容量将达十几万台套 。
现代 制造业中 , 自动化 程度要求 非常高, 各种机械 手臂在现 代自动化生产线 中扮演着十分重要的角色。
例如, 挖掘机本身就是一个液压驱动的机械手臂、汽车 生 产 过 程 中 的 喷 漆 机 器 人 、 海 洋 水 下 生 产 系 统 安 装 时 用 到 的ROV(RemotelyOperated Vehicles)等, 各种设备中机械手臂的设计成为关键技术 。
在机 械手臂的 设计及控 制过程中 , 机械手 臂的运动 轨迹及 作业空间是关键的 参数, 目前求解的方法主要有解析法、图解法、数值法等。
解析法表达式过于复杂, 直观性不强, 不适于工程实际应用；图解法采用正投影原理, 把机械手的作业空间 问题转化为平面几何问题来处理, 得到的是作业空间的各类剖截面或剖截线。
这种 方法 直观性强 , 但受到 自由度数 目的限制 , 当关节 数较多时图 解过程就变得非常 复杂, 必 须进行分组处理；数值法首先计算机械手作业空间边界曲面上的特征点, 然后 用这些点 构成的线 表示机械 手的边界 曲线, 最 后用这些边 界曲线构成的面来［ ］ ［2］ ［ ］ ［ ］表示机械手的边界曲面, 此方法通用性强,但计算量非常大。
本 文以五自 由度机 械手臂为 例, 探 讨在solidworks 软件环境 下, 建立 机械手 臂的三维实体建模、虚拟装配、动态模拟、干涉检查, 并运用solidworks 的motion 模块 进行机械 手臂的运 动仿真, 以期仿真 出机械手 臂的运动轨 迹及作业空间, 实 现Solidworks 软件环境下机械手臂的虚拟设计。
1.2 国内外研究综述随着工业机 器人发展的深度和广度， 以及机器人智能水平的提高，工业机器 人已在众多领域得到了应用。
自从20 世纪60 年代初人类创造了第一台工业机器人 以后，工业 机器人就显示出它极大的生命力，在短短50 年的时间中，工业机器人技术得到了迅速的发展 。
目前，工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制 造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制 造业等领域中。
在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器 人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。
其标准化、模块化、 网络化和智能化的程度越来越高，功能也越来越强，正在向着成套技术和装备的方向发展 。
随着科学与 技术的发展， 工业机器人的应用领域也不断扩大。
目前也已开始 扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等服 务业领域中。
如，水下机器人、抛光机器人、打毛刺机器人、擦玻璃机器人、高压 线作业机器人。
即工业机器人的应用向大、异、薄、软、窄、厚等难加工领域深化扩展 。
随着人 们生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩， 未来的机器人将 为提高人类的生活质量发挥越来越重要的作用。
在国内，工业机器人产业势头十分强劲。
首先是我国汽车工业的高速发展，对汽车制造装配 提出了大量的需求。
2000 年开始， 受国家宏观调控及居民消费水平提高 的影响，我国汽车 工业发展进入了一个历史性的高速增长期 。
针对这种局 面，国内汽车自主品牌生产厂家纷纷加大研发和投资力度。
工业机器人是汽车生产 中的一种主 要的自动化设备， 在整车及零部件生产的弧焊、点焊、喷漆、搬运、 涂胶等工艺中有大量应用，整个行业的增产扩能增加了对工业机器人的需求。