小型六自由度的工业机械手的控制设计
小型六自由度的工业机械手的控制设计
1、系统设计目的及意义
工业机器人，又称机械臂，在现代化工业生产中正发挥着越来越重要的作用，它被广泛应用到流水生产线上，代替人类从事焊接、喷涂、搬运等许多较繁重的劳动，这不仅大大提高了生产效率，同时也极大地提高了产品的加工精度和产品质量。随着时代的进步，机器臂技术的应用越来越普及，已逐渐渗透到军事、航天、医疗、日常生活及教育娱乐等各个领域，可以说工业机器人的应用对现代工业的发展起到了巨大的推动作用。
论文围绕哈尔滨工程大学自动化学院学生创新实验室购买的教学用小型六自由度机械臂，完成对其关节控制系统的设计开发，开发内容包括硬件系统和软件系统。从而使其能够达到一定的控制精度，为后续的控制算法的研究提供一个完整的平台。
2、主要研究内容
论文的主要内容包括：对机械臂结构的改进、安装合适的控制系统、数学建模、运动学分析，轨迹规划研究、控制算法研究和三维仿真研究等部分。
图2.1 机械臂系统研究内容图
2.1、机械臂结构改造
创新实验室购买的教学用六自由度机械臂存在以下两个明显不足，需要对其
进行较大的改动：
（1）原机械臂包括爪子在内共六个自由度，实际上爪子是机械臂的末端执行器，它不影响位置和姿态，不能作为一个独立自由度；
（2）原机械臂的关节执行器使用的是6个舵机，各关节处没有任何反馈装置，只能做简单开环控制，生产厂家的技术人员证实了这一点。为了完成本次论文的立题要求，需要至少在一个关节上做成闭环控制。
针对以上两点不足，在不破坏机械臂的前提下，作者对机械臂的结构和控制部分做了以下相应改动：
（1）去掉爪部关节，另外增加两个关节，使机械臂达到六个自由度，同时利于建立其数学模型；
（2）将底座舵机换成直流减速电机，增加一定的机械结构来安装角度反馈装置，从而使机械臂能够完成一定的闭环控制，满足论文的立题要求。
图2.2改装后的六自由度机械臂实物图
2.2、数学建模
六自由度链式(6R)机器臂是具有六个关节的空间机构，为描述末端执行器在空间的位置和姿态，可以在每个关节上建立一个坐标系，利用坐标系之间的关系来描述末端执行器的位置。一般采用Denavit-HartenBerg法(D-H法)建立坐标系并推导机械臂的运动方程。D-H法是1995年由Denavit和HartenBerg提出的一种建立相对位姿的矩阵方法。利用齐次变换描述各个连杆相对于固定参考坐标系的空间几何关系，用一个4×4的齐次变换矩阵描述相邻两连杆的空间关系，从而推导出末端执行器坐标系相对于基坐标系的等价齐次坐标变换矩阵，建立机械臂的运动方程。依据D-H法，相邻两坐标系之间的关系表示为：
1
(,)(0,0,)(,0,0)(,)n n n n n n T A Rot z Trans d Trans a Rot x a q -==创
参数定义如下（参考图3坐标系）：
n a 表示沿n x 轴方向1n z -轴与n z 轴之间的距离；
n a 表示绕n x 轴线由1n z -轴到n z 轴所旋转的角度；
n d 表示沿1n z -轴方向1n x -轴到n x 轴的距离；n q 表示绕n z 轴由1
n x -轴到n x 轴所旋转的角度。
图2.3 六自由度机械臂坐标系图
2.3、运动分析 2.
3.1正运动学分析
正运动学的求解过程是根据已知关节变量1q ，2q ，3q ，4q ，5q ，6q 求末端抓持器相对于参考坐标系的位姿的过程。要对机械臂进行分析，首先要对机械臂建
立坐标系，其坐标系如图3所示，各个关节变量分别是：
1q =0，2q =0，3q =0，4q =0，5q =90，6q =0。将参考坐标系设在6R 机械臂的基座上，于是可以从基座开始变换到第一关节，然后到第二关节……,最后到末端抓持器。若把每个变换定义为
n A ，那么6R 机械臂的基座和手之间的总变换为：
012345012345012345R
R H H H T T T T T T T T A A A A A A A ==
A0为基座坐标系到坐标系0（关节一）之间的变换矩阵；A1为坐标系0到坐标系1之间的变换矩阵；A2为坐标系1到坐标系2之间的变换矩阵；A3为坐标系2到坐标系3之间的变换矩阵；A4为坐标系3到坐标系4之间的变换矩阵；A5为坐标系4到坐标系5之间的变换矩阵；AH 为坐标系5到坐标系H 之间的
cos sin cos sin sin cos sin cos cos cos sin sin 0sin cos 0000
n n n n n
n n n
n n n n n n
n n n a a d q q a q a q q q a q a q a a 轾-犏犏-犏=犏犏犏臌
变换矩阵。
010
0001000011
00
01A L 轾犏犏犏=犏犏犏臌
1101010100100
000
1C S S C A 轾犏犏-犏
=犏犏犏臌
222
022
2202200100001C S C L S C S L A 轾-犏犏犏
=犏犏犏臌 3330333303300100001C S C L S C S L A 轾-犏犏犏
=犏犏犏臌
440444
4044401000001C S C L S C S L A 轾-犏犏犏=犏-犏犏臌 55050505001000001C S S C A 轾犏犏-犏
=犏犏犏臌 6600
660001050001H C S S C A L 轾-犏犏犏
=犏犏犏臌
根据六个关节角度以及机械臂的参数，通过以上7个矩阵相乘即可得出期望矩阵：
000
1x x
x x y y y y R
H z z z z
n o a p n o a p T n o a p 轾犏犏犏
=犏犏犏臌
列向量n ，o ，a 表示姿态，x p ，
y
p ，z p 表示空间位置。
2.3.2正运动学仿真
MATLAB 在7.1版本中增加了Robotics Toolbox 工具箱，利用该工具箱可以对链式结构的机械臂进行运动学仿真。正运动学仿真过程如下：
l1=link([pi/2 0 0 L1],'standard'); l2=link([0 L2 0 0],'standard'); l3=link([0 L3 0 0],'standard'); l4=link([-pi/2 L4 0 0],'standard'); l5=link([pi/2 0 0 0],'standard'); l6=link([0 0 0 L5],'standard'); r=robot({l1 l2 l3 l4 l5 l6}); https://www.360docs.net/doc/9812490041.html,='6R_Rrobotarm';
q=[0.430437 0.102693 -1.28542 1.7628 1.33703 -1.24998]; drivebot(r,q);
l1,l2,l3,l4,l5,l6表示各连杆，L1，L2，L3，L4，L5表示连杆长度，具体值由实际机械臂参数决定，standard 表示采用标准的D-H 建模方法，robot 函数将各连杆连接起来，q 向量表示各关节的初始角度，均为弧度值，drivebot 是绘制机
械臂函数。现设定：L1=2,L2=4,L3=4,L4=2,L5=2;1q =2.5632，
2q =1.2145，3q =1.0256，4q =1.2105，5q =1.5809，6q =1.1078。仿真结果如图：
图2.4 基于MA TLAB Robot Toolbox 工具箱的机械臂正运动学仿真
正运动学的仿真数据在实际机械臂上运行结果如下：
图2.5 机械臂正运动学实物图
2.3.3逆运动学分析
逆运动学的求解过程是根据已知的末端抓持器相对于参考坐标系的位姿，求关节变量1q ，2q ，3q ，4q ，5q ，6q 的过程，它是机器人运动规划和轨迹控制的基础，也是运动学最重要的部分。然而运动学逆解的求解要比正解求解复杂得多，要建立通用算法是相当困难的，许多人为此付出巨大的努力，做了大量的工作。有关机器人运动学逆解的求解方法很多，其中主要有解析法、几何法、符号及数值方法、几何解析法。由于逆运动学求解非常复杂，这里不再给出，只是引用已有结论，在后面的三维仿真和运动规划时使用。给出机械臂期望位姿为：
000
1x x
x x y y y y R
H z z z z
n o a p n o a p T n o a p 轾犏犏犏
=犏犏犏臌
可以计算出各关节角的解析式为：
15arctan(
)5
y y x x p a L p a L q -=- 或 11q q p =+
23411arctan(
)z
x y
a C a S a q =+ 或 234234q q p =+
2222
112342343[(5)(5)4][154]23223
x x y y z z p a L C p a L S C L p L a L S L L L C L L -+--+-----
=
3S =?3
33
arctan(
)S C q = 323431123423112343234(32)(154)3[(5)(5)4]arctan
(32)[(5)(5)4]3(154)
z z x x y y x x y y z z C L L p L a L S L S L p a L C p a L S C L C L L p a L C p a L S C L S L p L a L S L q ++-----+--=+-+--+---423423q q q q =--
23411234511()arctan
x y z
x y
C C a S a S a S a C a q ++=-
23411234623411234()arctan
()x y z x y z
S C n S n C n S C o S n C o q -++=-++
六自由度机械臂在相同的位姿下可能有8组解，根据实际情况选择其中最合适的一组解即可。 2.3.4逆运动学仿真
同样利用MATLAB 中的Robotics Toolbox 工具箱，先建立六自由度机械臂模型，再使用逆解函数ikine 求出期望位姿下的6个关节角度值。具体过程如下：
L1=link([pi/2 0 0 2],'standard'); L2=link([0 4 0 0],'standard'); L3=link([0 4 0 0],'standard'); L4=link([-pi/2 2 0 0],'standard'); L5=link([pi/2 0 0 0],'standard'); L6=link([0 0 0 2],'standard'); r=robot({L1 L2 L3 L4 L5 L6}); https://www.360docs.net/doc/9812490041.html,='6R_Robotarm';
q=[-1.3402 1.0145 0.8256 1.0986 1.5809 2.1078]; drivebot(r,q);
T=fkine(r,q);
q1=ikine(r,T);
fkine是求机械臂的正解函数，q向量为机械臂的六个关节角变量，ikine是求逆解函数，T为正运动学算出来的位姿，如果仿真结果正确，计算的q1应该与q相同。程序运行后：
q1 =[4.9430 -4.4431 18.0240 1.9242 -10.9855 8.3910]
将q1转换到[-pi，pi]可以发现q与q1完全相同。
图2.6 基于MA TLAB Robot Toolbox工具箱的机械臂逆运动学仿真
逆运动学仿真数据在实际机械臂上的运行结果如下：
图2.7 机械臂逆运动学实物图
2.4、轨迹规划研究
轨迹是机械臂位姿关于时间的函数，轨迹规划是给出一条无冲突路径，求出沿这条路径机械臂的位置和姿势的时间经历。轨迹规划既可以在关节空间也可以在笛卡儿空间中进行。在关节空间中进行轨迹规划优点是直接用运动时的受控关节变量来规划轨迹，这样容易做到实时控制，缺点是难以确定各杆和末端抓持器的位置。而这正是面向笛卡儿坐标空间轨迹规划的优点，但是现在还没有可用于笛卡儿坐标测量末端抓持器位置的传感器，所以算法都是建立在关节坐标基础上的。论文将分别讨论关节空间中的三次多项式插值算法和笛卡尔空间中的空间直线插补算法。
2.4.1关节空间三次多项式插值轨迹规划
三次多项式共有四个待定系数，需要四个约束条件来唯一确定。如果把三次多项式看做关节角度的时间函数，那么三次多项式的一阶倒数可以看作关节角速度的时间函数。
230123()t C C t C t C t q =+++
2123()23t C C t C t q ·
=++
为求出0C ，1C ，2C ，3C 四个系数，同时对起始点和目标点的角度和角速度给出约束条件，列出四个方程式：
2300102030()t C C t C t C t q =+++
230123()f f f f t C C t C t C t q =+++
2012030()23t C C t C t q ·
=++
2123()23f f f t C C t C t q ·
=++
将起始时间设为0，即0t =0，解得系数为：
22
3(()(0))((0)())f f f
f
t t t C t q q q q 贩
--+=
33
2(()(0))((0)())f f f
f t t t C t q q q q 贩
--++=
对于起始点和目标点来说，它们的速度为零，即(0)q ·
=0，()f t q ·
=0,带入解得：
0(0)C q =
10C =
22
3(()(0))
f f
t C t q q -=
33
2(()(0))
f f
t C t q q --=
将以上四个系数带回原三次多项式即可求出关节角的时间函数。但是，三次多项式的约束条件只考虑了角度和角速度，没有考虑角加速度，因此三次插补算法不能保证角加速度的连续性和平滑性。为了获得更好的控制特性，需要保证角加速度的平滑性，因此可以采用五次多项式插值算法。 2.4.2笛卡尔空间直线插补轨迹规划
空间直线插补是给定直线始末两点的位姿，求轨迹中间点(插补点)的位姿。直线插补时，机械臂的姿态变化按照给定的步长从初始姿态均匀向末端点姿态变
化。己知直线始末两点的坐标值为()1,1,1A x y z =，()
2,2,2B x y z = 可以通过以下步骤进行直线轨迹的定步长插补: （1）首先给定插补周期s T ； （2）求两点空间之间的距离
L:
L =
（3）求出插补总时间T ； （4）计算插补次数N ：
s T N T 轾犏=犏臌 或 1s T N T 轾犏=+犏臌
（5）计算插补增量：
21()/x x x N D =- 21()/y y y N D =- 21()/z z z N D =-
（6）计算第i 个插补点的坐标值：
1i x x i x =+碊
1i y y i y =+碊
1i z z i z =+碊
（7）求出齐次变换矩阵，用齐次变换矩阵乘已新坐标下的点坐标，就可以得到空间点相对于基坐标系下的坐标值。再经过运动学反解，就可以得到各个点的关节角。
2.5、轨迹规划三维仿真
为了验证以上规划算法的正确性，利用基于Vc++MFC 和OpenGL 的三维仿真工具，对三次插补算法和空间直线插补算法进行了三维仿真，仿真过程如下：
void display() // 建立机械臂三维模型
{
glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glPushMatrix(); //保存原点坐标 base();
arm_1(); arm_2(); arm_3();
arm_4();
arm_5();
zhua();
glPopMatrix(); // 还原原点坐标 glutSwapBuffers();
}
图2.8 六自由度机械臂三维仿真图
图2.9 三维仿真控制界面
轨迹规划代码太多，这里不再给出，可以参见附件，里面有详细的代码。仿真结果表明，关节空间轨迹规划只能使机械臂末端执行器在两点间平滑过渡但不能保证运行路线，而直线插补可以使机械臂末端执行器按照直线路径在两点间过渡。
2.6、控制系统硬件设计
控制系统的主要任务是接收上位机根据机械臂期望的终端位置坐标，通过轨迹规划和运动学逆解得出的各关节角度，以接收的角度作为期望角度，通过系统控制器的控制，使各关节达到预期的位置，从而完成机械臂终端位置的改变。硬件系统主要包括STC89C52RC主控电路、电机驱动电路、角度检测电路、通信电路等四部。
图2.10 机械臂控制系统硬件原理框图
2.6.1主控制器电路
单片机是数字集成器件，正常工作时离不开时钟，因此外围电路必须提供适当的时钟电路；另外还要有复位电路，以便单片机工作中可以正常复位。这些就构成了单片机正常工作的最基本条件—单片机最小系统。为了通信方便，该最小系统采用11.0592MHz的时钟晶振，时钟电路电容33pf；复位电路电解电容10uf，电阻值1k。原理图如下：
图2.11 控制器最小系统原理图
2.6.2电机驱动电路
机械臂底座关节使用的是直流减速电机，要想对直流电机进行控制，需要有专门的直流电机驱动器，以实现PWM控制。STC89C52RC单片机自身没有集成的PWM模块，因此需要外接电机驱动芯片。综合分析市场上常用的直流电机驱动芯片的性能和价格后，选择L298n作为机械臂底座电机的驱动器。L298n管脚图如图2.12，功能表见表2.1。
图2.12 L298n 管脚图
表2.1 L298n功能表
电机的控制信号由单片机产生，而电机的驱动电路直接引入16v的电压，如果电路出现问题，电流会直接进入单片机，对单片机和其他外围控制电路造成损
害，所以所有的控制信号以及反馈信号必须由光电隔离器件进行隔离，使控制电路和驱动电路隔离开来，从而形成对控制电路的保护。
图2.13 驱动电路与单片机的接口框图
实际接口电路中可能存在外部干扰，可行的解决办法是增加滤波电路，即在PWM信号端增加对地滤波电容，电容大小视具体情况而定。如果干扰很小则可略掉滤波电路。下图为接口电路的原理图，PWM信号可由5脚7脚产生，也可由使能端6脚产生，具体由软件程序决定。
图2.14 驱动模块与单片机的接口电路原理图
2.6.3角度检测电路
位置检测元件是控制系统的一个重要组件，由控制理论知，系统反馈通道的误差将直接影响系统控制精度。考虑到机械臂系统的实际情况，决定采用高精度旋转电位计作为角度传感器，电位计测量电机转角，输出0~5v的模拟电压，而单片机处理的是数字信号，因此需增加A/D转换模块，将采样模拟信号转换为单片机可以处理的数字信号。旋转电位计采用WDD35D-4，AD采样模块采用
ADC0809模数转换芯片。
图2.15 电位计原理图
图2.16 ADC0809管脚图
ADC0809内部没有时钟电路，其逐次比较使用的时钟须由外部电路经CLK 管脚提供，时钟频率400kHz~640kHz之间，典型值为500kHz。单片机使用的晶振为11.0592MHZ，单片机内部将该频率六分频后由ALE脚输出，大小为1.8432MHZ。该频率可作为源时钟频率，经三次分频电路分频后即可得到合适的时钟频率。74LS161十六进制计数器和74LS00与非门电路组合成三进制计数器可作为三次分频电路使用，电路原理图如图：
图2.17 ADC809时钟电路原理图
单片机P2.7脚接ADC0809的ST脚，用于启动模数转换；P2.6脚接ADC0809的EOC脚，用于查询转换是否结束；P2.5脚接ADC0809的OE脚，用于控制是否允许数据输；P3.5，P3.6，P3.7脚选择模拟通道（程序中选择的是0通道），转换结束后数据送到单片机P0口。接口电路原理图如图2.18
图2.18 ADC0809与单片机接口图
2.6.4通信电路
通信电路的主要任务是接收上位机（PC）的控制信号并将采集到的角度信号送到上位机处理。单片机和PC机之间的通信常采用串行异步通信，采用这种
通信方式的主要优点是设备简单，控制容易；缺点是传输速率较慢，但是对于一般的传输速度（例如9600bit/s）这种通信方式完全可以满足。
异步工作模式USART是进行产品开发和系统设计中最常用的模式，这种模式就是常说的RS232C。RS232C电平是负逻辑电平（逻辑0：＋5V～＋15V，逻辑1：－15V～－5V），PC的串口就是RS232C电平的。而单片机的串口是TTL 电平的，TTL为正逻辑电平（带负载时，逻辑1：+5V～+12V，逻辑0：-5V～-12V。不带负载时，逻辑1：2.4V，逻辑0：0.4V），所以单片机和PC机进行通信时，两者之间必须有一个电平转换电路。常用的RS232C电平和TTL电平转换芯片是MAX232，封装结构如图2.19：
图2.19 MAX232封装图
我们在这里采用了三线制连接串口：PC机的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。连接方法：MAX232的第10脚和单片机的P3.1连接，第9脚和单片机的P3.0连接，第15脚和单片机的GND 连接。如图：
图2.20 MAX232接线图
2.7、控制系统软件设计
2.7.1电机驱动程序
电机驱动程序是指PWM信号的生成和调制程序。驱动器L298n需要三个输
入，即正反转控制和使能端控制，分别接单片机的P2.0、P2.3、P2.2管脚。PWM 信号由使能端P2.2脚通过延时产生，改变使能端高低电平的延时时间即可对PWM信号进行调制。主要代码如下：
sbit PWM=P2^2; // PWM输出脚
sbit P2_0=P2^0; // M1
sbit P2_3=P2^3; // M1
while(!k)
{
PWM=1;
delay_nus (speed+1000);
PWM=0;
delay_nus(9500-speed);
}
2.7.2角度检测程序
角度检测程序主要指ADC0809的驱动程序，ADC0809的ST管脚接收到控制脉冲的上升沿时清空内部寄存器，并在脉冲下降沿启动AD转换；转换结束后，ADC0809在EOC输出高电平表明转换结束；单片机可以通过外部中断或查询方式访问EOC脚，获得转换结束信号后给ADC0809的OE脚一个高电平即可输出转换数据。主要代码如下：
OE=0;
ST=0; //启动AD转换
ST=1;
ST=0;
delay_nus(60);
while(!EOC) ; //等待转换结束
OE=1; //输出使能
P1=P0; //数据输出
2.7.3串口通信程序
单片机串口通信程序使用定时器中断实现，该通信程序采用9600bit/s波特率，8位数据位，1位停止位，没有校验位。主要代码如下：
void com_initialize(void) //初始化串行口和UART波特率
{
TMOD |=0x20; //定时器工作在方式2
TH1=0xfd;
TR1=1;
SCON=0xd8;
ES=1;
}
static void com_isr(void) interrupt 4 using 1 //串口中断
{
char c;
if(RI) { } //接收数据中断
if(TI) { } //发送数据中断
}
2.7.4上位机控制界面程序
上位机控制界面的主要功能是：发送控制方式和期望角度给下位机，同时实时接收下位机采样得到的角度值，并在“绘制实时曲线区域”绘制实际曲线，用以观察控制效果和对比控制算法。由于代码太多，这里不再给出。下面只给出编制完成后的控制界面：
图2.21 上位机控制界面
2.7.5 系统软件流程图
图2.22 系统流程图
3、系统调试和结果分析
3.1 硬件调试
3.1.1 驱动模块调试
编写一个简单的驱动程序，通过单片机的P2.0脚和P2.3脚的高低电平控制电机正反转，在P2.2脚利用延时函数产生PWM波，PWM占空比通过外部按键可调。用示波器观察L298n的OUT1和OUT2之间是否产生相应的PWM波形，如果波形的占空比与预期一致且可调，说明驱动模块正确。下面是示波器观察到的波形：
图3.1 占空比50% 图3.2 占空比80% 首先，外部直流电源调节为16v，通过按键设置PWM占空比为50%。用示波器观察L298n的OUT1和OUT2脚，其波形输出如图5.1所示，占空比与设定值一致，同时用万用表电压档测量OUT1和OUT2脚间的电压，输出值为7.8v，
与理论输出基本一致。然后，通过外部按键改变占空比为80%，用示波器观察上
述管脚，波形如图5.2所示，用万用表测量两脚间电压为12.8v，与理论输出一
致。测量结果表明，驱动电路设计良好，工作正常。
3.1.2 角度检测模块调试
编写ADC0809的驱动程序，令ADC0809每20ms对0通道进行一次采样，用示波器观察ADC0809的ST脚，EOC脚及OE脚，看是否有信号脉冲产生，同时观察脉冲时序是否正确。下面是示波器观察到的波形：
图3.3 ST脚图3.4 EOC脚图3.5 OE脚单片机通过P2.7脚向ADC0809的ST脚发送一个脉冲，在脉冲的上升沿ADC0809清空寄存器，在脉冲的下降沿启动AD采样。大约100us后采样结束，ADC0809的EOC脚发出一个高电平信号，通知单片机采样结束。接到采样结束信号后，单片机向ADC0809的OE脚发送高电平信号，表示允许采样输出，采样数据送到P0口。示波器显示波形与整个采样过程的时序相同，证明采样模块设计正确。为了检测采样数据的准确性，分别测量ADC0809各数据输出管脚的高低电平，并将电平值转换为十六进制数据。同时用万用表测量电位计输出的模拟电压值，将该值转换为十六进制数据，两个数据进行对比。测试时，电位计模拟电压输出为2.7v，对应十六进制的89H，ADC0809的管脚输出电平同样为89H。
实验结果表明，该采样模块设计合理，工作正常，采样数据准确。
3.1.3 通信模块调试
RS232串口通信的调试可以通过串口调试助手完成，为了同时检验接收与发送功能都正确，编写单片机程序，令单片机接收到上位机发送的数据后，将该数据原样发回上位机，通过串口调试助手观察数据知否正确。
物料分拣机械手自动化控制系统设计
物料分拣机械手自动化控制系统设计 摘要 机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。 关键词:机械手；可编程控制器；自动化控制；物料分拣
目录 第一章前言 (1) 1.1研究的目的及意义 (1) 1.2主要研究的内容 (1) 第二章控制系统的组成结构和性能要求 (2) 2.1控制系统的组成结构 (2) 2.2控制系统的性能要求 (2) 第三章传感器的选择 (4) 第四章控制系统PLC的选型及控制原理 (6) 4.1 PLC控制系统设计的基本原则 (6) 4.2 PLC种类及型号选择 (10) 4.3 I/O点数分配 (10) 4.4 PLC外部接线图 (11) 4.5机械手控制原理 (12) 第五章 PLC程序设计 (14) 5.1总体程序框图 (14) 5.2初始化及报警程序 (15) 5.3手动控制程序 (16) 5.4自动控制程序 (16) 第六章总结与展望 (19) 参考文献 (20) 谢辞 (21)
“慧鱼模型”三自由度机械手
湖北理工学院毕业设计（论文） “慧鱼模型”三自由度机械手 设 计 小 册 学院：机电工程学院 班级：机械设计与制造 指导老师： 姓名：学号：201030120130 湖北理工学院毕业设计（论文） 一、概述 ............................................................ 1 1.1机电一体化技术 ................................................... 1 1.1.1机电一体化技术的定义和内容 (1) 1.1.2机电一体化系统组成 (1) 1.2. 慧鱼机器人 ..................................................... 2 1.2.1慧鱼创意教学组合模型简介 (2) 二、机器人的组成 .....................................................
2.1组成构件 ......................................................... 3 2.2慧鱼机器人分析 ................................................... 6 2.2.1机器人机构组成 (6) 2.2.2主要成分构成及功能 (7) 2.3. 机器人的工作空间形式 ............................................ 9 2.4机器人的机械运动形态和变换控制 .................................. 11 2.5机器人的位移、速度、方向的控制方法 (13) 湖北理工学院毕业设计（论文） 一、概述 1.1机电一体化技术 1.1.1机电一体化技术的定义和内容 机电一体化技术综合应用了机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术,接口技术及系统总体技术等群体技术,从系统的观点出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标,以智能、动力、结构、运动和感知等组成要素为基础,对各组成要素及相互之间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究,使得整个系统有机结合与综合集成,并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下,形成物质和能量的有规则 运动,在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 1.1.2机电一体化系统组成 1.机械本体机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。 2.检测传感部分检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。 3.电子控制单元电子控制单元是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行。 4.执行器执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。 5.动力源动力源是机电一体化产品能量供应部分，是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压
自由度机械手设计
设计说明书 课题：凸轮轴加工自动线机械手 班级：数控69902 设计：沈晓春 审核： 二00五年九月
目录 一、目录 (2) 二、前言 (3) （一）机械手的用途说明 (3) （二）设计机械手的目的、意义 (3) （三）设计指导思想应达到的技术性能要求 (4) 三、设计方案论证 (5) （一）机械手的原始依据 (5) （二）机械手的运动方案论证 (6) 四、机械手各组成部件设计计算 (8) （一）抓取机械设计 (8) （二）手腕机构 (12) （三）手臂设计 (14) （四）缓冲装置设计 (22) （五）定位机构设计…………………………………………………………………………………
25 （六）机械手驱动系统设计 (25) 五、机械手控制系统设计 (25) 六、设计总结 (26) 七、参考文献 (27) 二、前言 （一）机械手的用途说明 机械手是模仿人手工作的机械设备。实验用机械手的设计，是指机械手臂在一定范围内的摆动，手臂的垂直方向的上下移动及手爪的伸缩运动组成。由启动系统实现各运动的驱动。它的主要作用是将工件按预定的程序自动地搬运到需要的位置，或者保持工具进行工作。机械手是利用PLC控制整个系统实现各种运动的自动化控制，且能用于教学演示。 （二）机械手的目的、意义 机械手是模仿人手的动作，生产中应用机械手可以提高自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度，保证产品质量，实现安全生产，尤其在恶劣的劳动条件下，它代替人作业的意义更加重大。因此，在机械加工中得到越来越广泛的应用。
目的是，我们对机械手的设计步骤有一定的平衡了解；也能基本掌握机械设计的方法；综合运用学过的理论知识；全面复习绘图技巧，并较好的运用于毕业设计绘图上。通过这次设计，使我了解到，自动控制的对象主要是单机或某个生产过程，智能控制则包括控制对象及整个工作环境或整个生产过程；自动控制的目标是使在系统控制的某个状态下，尽量消除环境对系统的影响，智能控制关心的使最终状态或现行状态是否合乎要求。因此，要充分考虑环境的影响；自动控制的学习来源重要是对象的状态的反馈，所以智能控制需要一个庞大的数据库；自动控制理论着重描述对象的数学模型，然后，通过各种控制算法进行控制，以达到目的，智能控制着重直接控制经验。（三）设计的指导思想，应达到的技术性能要求 结构简单：设计为三自由度的机械手臂，运动形式简单，可以把手臂设计成为沿导向装置运动，直接选用标准规格的液压缸和内胀式机械手爪，无须另行设计。 外观不要有手臂堵塞外形：设计尽量要求安装方便，各非标准件加工方便。因此，不必设计成套形式，管道也不必安排在手臂内部，可以采用软管直接连接。 本次设计的手臂不要光用于工业生产，因此，对各部件的加工精度及安装要求不高，可以在通用机床上加工完成。
(完整版)基于plc的机械手控制系统设计
前言 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。 本文将通过西门子PLC控制机械手，PLC是可编程控制器（Programmable Logic Controller）的简称，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能。目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展。该系统利用西门子PLC，在步进电机驱动下，完成对机械手在搬运过程中的下降、夹紧、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全过程自动化控制，并对非正常情况实行自动报警和自动保护，实现企业的机电一体化，提高企业的生产效率。
机械工程及自动化专业毕业设计论文-多自由度机械手设计
前言 1.1 课题背景及意义 机械手通过运动控制芯片、单片机、可控制编程器等来控制电机、气缸、液压缸的运动，从而模仿人手和臂的某些动作，按固定程序实现物体的抓取。它可代替人的劳动，也可以在有害环境下保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、电子、原子能等部门。目前机械手主要用于以下几个方面。 (1).恶劣的工作环境和危险的工作 在核工业中，核产品具有较强的放射性，为了人员的安全，需要机械手来完成相关的清理工作。 (2).自动化生产领域 主要用于生产上实现自动化。如当机械手末端夹持焊枪时，可以对汽车或摩托车的车体进行点焊或弧焊作业。 (3).在特殊作业场合进行极限作业 在一些高危领域经常要用到机器人去探索。目前研制出了螃蟹机器人，用于水下勘测、海洋搜寻及石油天然气的勘测。 (4).农业生产 目前研制出了太阳能农用机器人，他可以找到隐藏在农作物中的杂草，通过机械手隔断杂草，同时还可以利用机械手喷洒除草剂。 (5).军事应用 在军事应用中，军人执勤经常会遇到危险，这就需要机器人帮助完成执勤任务，当今世界机器人竞争很激烈，要在这个激烈的国际竞争中立于不败之地,就需要有我国自己的机器人产业，未来世界高科技的竞争更重要的则是人才的竞争。因此,从现在开始就应该注意培养后备力量。机械手是机器人产业的典型代表,因此可以用来作为教学应用的示例。 机械手为典型的机电产品，包含了驱动元件，控制元件，信息处理元件，执行机构，传动机构，机械本体等组成元素，并且具有控制能力强，改变控制程序灵活方便、可靠性高等特点，为学生提供了良好的学习工具。它将现代工业与教学联系在了一起，通过控制—执行这整个的过程使学生对所学的知识有一个更好的认识，从而激发学生的学习兴趣。随着当今计算机技术的飞速发展，它已突破纯开关量控制的局限，进入模拟量控制等领域。通过该机械手的教学开拓了学生专业视野，为他们迎接就业和深造的挑战打下坚实的基础。
3个自由度机械手设计
第一章引言 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。 工业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。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。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。 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 机械手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。 1.1 机械手的分类 机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。
示教机械手控制系统设计
百度文库- 让每个人平等地提升自我 0前言 / 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到 生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因为，它能大大地 改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单 位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的 场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受 到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开 发物料搬运机械手，采用的德 结束语 目录 0前言 0 1 课程设计的任务和要求 ...................................................................... 1 课程设计的任务 ............................................................................ 1 课程设计的基本要求 (3) 2总体设计 (3) PLC 的选型 端子分配图 3 PLC 程序设计 设计思想... 顺序功能图 4程序调试说明 参考文献
国西门子S7-200系列PLC对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。我们利用可编 程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。 机电传动以及控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。单就机电而言，它的发展大体上经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。所谓成组拖动，就是一台电动机拖动一根天轴，再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械，这种生产方式效率低，劳动条件差，一旦电动机放生故障，将造成成组机械的停车；所谓但电动机的拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机械，它虽然较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运动部件较多时，机械传动机构复杂；多电动机拖动，即是一台生产机械的每一个运功部件分别由一台电动机拖动，这种拖动的方式不仅大大的简化了生产 机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件。 、1课程设计的任务和要求 课程设计的任务 1）示教机械手控制系统设计 2）示教机械手系统示意图如下图所示
四自由度机械手控制系统设计
前言 可编程控制器是20世纪70年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内的机床设备已越来越多采用PLC控制系统采用控制系统取代传统的继电—接触器控制系统小；价格上能与继电—接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传播数据等。 本课题是基于PLC控制四自由度机械手运行。 工业机械手是一种模仿人体上肢部分功能，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设备，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。有着广阔的发展前途。本课题通PLC自动控制对机械手实现机械手规定动作并实现回原点、手动方式和自动方式三种工作方式的选择，并对系统进行运行效率分析。
摘要 随着工业机械手的进一步发展，其发展将更趋向于人性化、智能化并将在更加广泛的领域得到应用。机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。通过对机械制造与自动化大学专科三年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，确定机械手的工作原理和运动机理。设计了一种四自由度机械手，采用可编程序控制器（PLC）设计其控制系统,以提高其工作的稳定性能。 关键词：机械手梯形图 PLC 电磁阀 Abstract With the further development of industrial robots, and its development tends to be more humane, intelligent and in a wider range of applications. Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine, it can be scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment, industrial automation, promote the production of industrial production of the further development plays an important role .Manipulator noted extensively and welcome by people for it has powerful vitality. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level.Mechanical manufacturing and automation through the junior college for three years to integrate the knowledge of industrial manipulator mechanical structure and function of various parts of exposition and analysis to determine the robot motion principle and mechanism.Design a four-DOF manipulator to enhance the stability of their work for using the programmable logic controller to control system. Keywords: Manipulator Ladder diagram PLC Solenoid valve
六自由度机械手重载搬运机器人本体结构设计(全套CAD图纸)
全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305 XX学院 毕业设计说明书(论文) 作者: 学号： 学院(系): 专业: 题目: 重载搬运机器人本体结构设计【六自由 度机械手】 2015 年5月
全套设计通过答辩优秀CAD图纸QQ 36396305 毕业设计说明书（论文）中文摘要 机械手是一种典型的机电一体化产品，搬运机械手是机械手研究领域的热点。研究搬运机械手需要结合机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸多学科知识，同时其自身的发展也促进了这些学科的发展。 本文对一种使用在搬运机械手的结构进行设计，并完成总装配图和零件图的绘制。要求对机械手模型进行力学分析，估算各关节所需转矩和功率，完成电机和减速器的选型。其次从电机和减速器的连接和固定出发，设计关节结构，并对机构中的重要连接件进行强度校核。 关键词：结构设计，机器臂，关节型机械手，结构分析
毕业设计说明书（论文）外文摘要
目录 1 绪论 (1) 1.1 引言 (2) 1.2 搬运机械手研究概况 (3) 1.2.1 国外研究现状 (3) 1.2.2 国内研究现状 (4) 1.4 搬运机械手的总体结构 (5) 1.5 主要内容 (5) 2 总体方案设计 (6) 2.1 机械手工程概述 (6) 2.2 工业机械手总体设计方案论述 (7) 2.3 机械手机械传动原理 (8) 2.4 机械手总体方案设计 (8) 2.5 本章小结 (10) 3 机械手大臂结构设计 (1) 3.1 大臂部结构设计的基本要求 (1) 3.2 大臂部结构设计 (2) 3.3 大臂电机及减速器选型 (2) 3.4 减速器参数的计算 (3) 3.5承载能力的计算 (7) 3.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算 (7) 3.5.2 柔轮疲劳强度的计算 (7) 3.6 轴的计算校核 (8) 3.7 大臂的平衡设计 (11) 3.7.1 弹簧的受力分析 (11) 3.7.2 弹簧的设计计算 (14) 4机械手小臂结构设计 (18) 4.1 腕部设计 (18) 4.2 小臂部结构设计 (31)
四自由度搬运机械手的设计毕业论文
四自由度搬运机械手的设计毕业论文 1引言 1.1机械手研究的背景及其意义 机械手是当今世界的科技革命发展飞速变革的必然产物，它的出现标志着现今的工业、制造业水平发展到了前所未有高水平阶段。最初出现的机械手只是应用在航空航天和海洋勘探等高端科技领域，随着近几十年来计算机在科技领域全面应用，科技革命的变革也加速了科学技术的蓬勃发展。在此背景下机械手技术也在飞速发展，并且在其应用领域也不断地深入、飞速地拓宽，特别是近些年来机械手在现代制造业领域更是得到了非常广泛的应用。由于机械手是通过预先编写好的程序来控制其动作次序和轨迹，所以机械手可以代替人力去完成那些单调的、重复的、特别是对于人类来说毫无意义的工作，除此之外机械手还能够在恶劣的环境中完成那些人类不想完成的或不能完成的工作，特别是在一些危险的工作环境或者是对精度要求较高的工作条件之下，机械手相比较人力有得天独厚的优势——机械手在某些邻域能够完全替代人力，将人类从脏、乱、差的工作环境中解放出来，这是人类社会几千年来的又一次变革和人类生活方式的又一次蜕变。特别是近几十年来工业、制造业领域在机械手的广泛应用下发生了伟大的变革，在此背景下整个社会的生产力水平、产品生产质量和生产效率大大提高，与此同时在工业生产中现代工人的劳动强度也大大降低。 机械手技术虽然发展迅猛，但现在市场上的机械手大多还处在高端应用领域，价格也相对昂贵，不能满足低成本、低层次应用领域的需求。所以本课题希望设计出一种成本低、应用层次相对较低的机械手，填补这一领域市场的空白，这对
于工业、制造业领域以及人类社会的发展都具有及其重要的意义和价值。在机械手技术领域中，机械手在模型设计上，四自由度机械手是机械手产品中的典型设计模型，在技术上，四自由度机械手技术门槛相对较低——四自由度便于设计和实现，在应用层面上，四自由度机械手对于一般的重复性工作条件完全满足，在成本上，四自由度机械手在满足一些复杂动作的工作条件下便于实现低成本，也就说其性价比相对较高，所以本论文以《四自由度搬运机械手》为课题进行研究旨在设计出一个比较实用的、成本低的、具有一定的实际应用价值的机械手。1.2机械手的研究现状和发展前景 机械手是现代工业革命变革、现代工业水平高度提高催生的一种新技术产品，从较高应用层次来说，机械手是集机械设计、计算机程序控制等多领域知识和多种设计方法于一身的一种新型自动化装备，特别是近年来互联网、大数据的出现和应运机械手已开始从自动化向智能化领域迈进。机械手虽然在近几十年来才出现，其发展历史并不算太长，机械手最早起源于美国，接着又在德国、日本等工业发达国得到了飞速发展，然而我国近十年来虽然工业发展迅猛，可机械手在工业领域的应用才刚刚起步，机械手设计的技术水平同国外仍有很大差距，特别实是在机械手的高端应用领域，主要体现在机械手的可靠性和精度指标上面。 近年来机械手在工业、制造业领域的应用突飞猛进，这对于工业文明的进步产生了“雪崩式效应”，越来越多的无人化工厂随着机械手的发展如春笋般涌现。随着进入21世纪以来，互联网技术飞速发展，工业、制造业领域正发生着一场伟大的变革，从美国的“工业互联网”到德国的“工业 4.0”，再到“中国制造2025”，世界工厂已经开始由“无人化工厂”向“智能化工厂”转变，在此历
六自由度机械手设计
机械设计课程设计说明书 六自由度机械手 TOPWORK 上海交通大学机械与动力工程学院专业机械工程与自动化 设计者： 李晶(5030209252) 李然(5030209316) 潘楷 (5030209345) 彭敏勤 (5030209347) 童幸 (5030209349) 指导老师：高雪官 2006616
、八— 刖言 在工资水平较低的中国，制造业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业 的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自 动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、 华东沿海地区的中国本土制造厂也开始对机械手表现出越 来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交 货周期缩短带来的挑战。 机械手可以确保运转周期的一贯性，提高品质。另 外，让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定， 而且也更加安全。同时，不断发展的模具技术也为机械手 提供了更多的市场机会。 可见随着科技的进步，市场的发展，机械手的广泛应用已渐趋可能，在未来的制造业中，越来越多的机械手将 被应用，越来越好的机械手将被创造，毫不夸张地说，机 械手是人类是走向先进制造的一个标志，是人类走向现代化、高科技进步的一个象征。因此如何设计出一个功能强大，结构稳定的机械手变成了迫在眉睫的问题。
目录 一.设计要求和功能分析 4 - ?- ■基座旋转机构轴的设计及强度校核 5 三.液压泵俯仰机构零件设计和强度校核 8 四.左右摇摆机构零件设计和强度校核 11五.连腕部俯仰机构零件设计和强度校核 14六.旋转和夹紧机构零件设计和强度校核 19七.机构各自由度的连接过程 25八.设计特色 28九.心得体会 28十.参考文献30 一. 任务分工31 十二.附录（零件及装配图）31
六自由度机械手设计说明书
六自由度机械手设计说明书
设计参数
摘要 随着现代科技和现代工业的发展，工业的自动化程度越来越高。工业的自动化中机械手发挥了相当大的作用，小到机床的自动换刀机械手，大到整个的全自动无人值守工厂，无一不能看到机械手的身影。 机械手在工业中的应用可以确保运转周期的连贯，提高品质。另外，由于机械手的控制精确，还可以提高零件的精度。机械手在工业中的应用十分广泛，如：一、以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 二、以改善劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。 应用前景 工业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。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。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。 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用
单片机六自由度机械手控制程序
单片机六自由度机械手控制程序 #include
void init(void); void EXT1_INT(void) { EX1=1; IT1=1; EA=1; } void EXT0_INT() { EX0=1; IT0=1; EA=1; } void EXT1_INT_SRV() interrupt 2 { i++; } //主程序 void main() { while(1) {if(k1==0) {reservo();//电机复位程序break;} } EXT1_INT();//中断初始化 if(i!=0&&i%6==0)
六自由度机械手复杂运动控制
本文以示教型六自由度串联机械手为试验设备，进行机械手的复杂运动控制，使机械手完成各种复杂轨迹的运动控制等功能，能够在现代工业焊接、喷漆等方面的任务。 本文从运动学分析的基础上着手研究轨迹控制的问题，利用运动学逆解的方式分析复杂轨迹运动的可行性和实用性。目前，六自由度机械手的复杂运动控制已经有了比较好的逆解算法，也有一些针对欠自由度机械手的逆解算法。逆解算法求出的解不是唯一的，它能使机械手达到更多位姿，完成大部分的原计划任务，但其中的一些解并不是最优化的，因此必须讨论其反解的存在性和唯一性。 本文通过建立机械手的笛卡尔坐标系，推导出机械手的正、逆运动学矩阵方程，并研究了正、逆运动学方程的解；在此基础上建立机械手的工作空间，并讨论其工作空间的灵活性和存在可能性。因此本文的另一种方式对六自由度串联机械手的复杂运动控制问题进行研究，提出以机械手示教手柄引导末端执行器对复杂运动轨迹进行预设计。然后通过记录程序进行复杂轨迹的再实现，再对记录程序进行预修改，最终通过现有的程序进行设计编程完成复杂轨迹设计任务。并利用MATLAB对轨迹进行仿真，对比其实际与计算的正确性。 最后本设计通过六自由度串联机械手实现平面文字轨迹，得出其设计的方式。即首先利用示教手柄实现轨迹预设，记录预设轨迹程序，然后再对比程序初始化坐标进行手动编程。 关键词：六自由度机械手，笛卡尔坐标系，运动学方程，仿真，示教手柄ABSTRACT
In this paper, mechanical hand control the complex movement based on the series of six degrees of freedom manipulator so that the mechanical hand complete the complex trajectory of the movement control functions. In modern industrial welding, painting, and other aspects of the mandate can be used. This article based on the analysis of kinematics to study the trajectory control problems, use of inverse kinematics of the complex mode of tracking movement of the feasibility and practicality. At present, the six degrees of freedom manipulator complex movement has been relatively good control of the inverse algorithm.There are also some less freedom for the inverse of the manipulator algorithm. Solutions sought by inverse algorithm is not the only solution, it can reach more manipulator Pose, originally planned to complete most of the task.But some of these solutions is not the most optimal, it is necessary to discuss their anti-the existence of solutions and uniqueness. Through the establishment of the manipulator Cartesian coordinates, derived manipulator is the inverse kinematics matrix equation and the study is the inverse kinematics of the equation solution on the basis of this establishment manipulator working space. And discuss their work space The flexibility and the possibility exists. So in another way to the six degrees of freedom series manipulator motion control the complex issues of research, to handle the machinery Shoushi guide for the implementation of the end of the complex pre-designed trajectory. Then track record of the complicated procedure to achieve, and then record the pre-amended procedures.The eventual adoption of the existing procedures designed trajectory design of complex programming tasks. And using MATLAB simulation of the track, compared with its actual calculation is correct. The final design through six degrees of freedom series manipulator track to achieve flat text, draw their design approach. That is, first of all use of teaching handle achieve trajectory default the track record of default procedures, and then compared to manual procedures initialized coordinate programming. key words：Six degree-of-freedom manipulators，Cartesian coordinates，Equations of motion，Simulation，Demonstration handle.
四自由度机械手
四自由度机械手 本科毕业设计说明书(论文) 摘要 在中国工业韧带发展中，很多高生产率高精度的机械加工设备从国外引进，比如数控车床和铣床等，还有把几种机床的功能集中在一起的加工中心等。总之这类CNC机床大大的提高了工作速度，产品的加工精度，降低了工作的劳动强度，所以大受欢迎。但是这类设备引进费用也是相当的昂贵，所以国内很多企业的技术人员在原先的旧机床上进行改进，来达到提高生产率和降低工人的劳动强度，实现工业自动化，这类改进同样也大受欢迎。 本文所设计的机械手主要用于搬运工件，工件总重不大于10Kg，长150cm，宽150cm，高150cm的立方体。为了增加本机械手的通用性，在结构尽可能紧凑的情况下，最大限度的是机械手具有较大的抓取范围。 本文主要介绍了搬运机械手的概念、组成和分类，接受的自由度和坐标形式、运动及国内外的发展状况。对于搬运接受进行总体方案设计，首先机械手的驱动装置为液压缸，然后确定了机械手的坐标像是为圆柱坐标型，自由度数为4，接着确定了机械手的驱动装置为液压缸，然后确定了机械手的主要技术参数。同时，设计了机械手的手部结构形式为气缸杠杆式手爪、臂部结构形式采用液压缸导向连接的双横臂结构，底座采用电机带动竖臂的旋转。机身结构形式为升降缸用液压缸的结构形式，计算出夹紧工件所需的驱动力、手爪转动时所需的驱动力矩、手臂的伸缩所需的驱动力手臂的俯仰所需的驱动力、手臂的升降所需的驱动力，和手臂回转所需的驱动力矩。继而设计了装箱机械手的各部分液压缸的尺寸和结构及各部分之间连接与支承部件的结构与尺寸。 关键词:搬运机械手; 液压驱动;液压缸;自动化
I 本科毕业设计说明书(论文) Abstract In China industrial ligament development, a lot of high productivity high precision machining equipments imported from abroad, such as CNC lathes and milling machines, and have several function of machine together in processing center, etc.. In this kind of CNC machine greatly improves the speed of work, product processing precision, reduces the labor intensity of work, so popular. But this kind of equipment is also very expensive, so many domestic enterprises technical personnel in the original old machine is improved, to improve productivity and reduce labor intensity of workers, industrial automation, this kind of improvement is also very popular. The manipulator is designed in this paper is mainly used for handling the workpiece, the workpiece weight is less than 10Kg, length 150cm, width 150cm, high 150cm cube. In order to increase the versatility of manipulator in structure, as far as possible compact case, maximum limit is the manipulator has a large capture range. This paper mainly introduces the concept, composition and classification of the manipulator, freedom and coordinates, movement and development at home and abroad to accept. For the handling of acceptance for the overall program design, first drive manipulator for hydraulic cylinder, and then determine the coordinate manipulator like cylindrical coordinate, the number of degrees of freedom is 4, then the drive