机械毕业设计1277三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
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。
三自由度机器人设计毕业设计
三自由度机器人设计毕业设计一、前言随着工业自动化水平的不断提高，机器人技术在生产制造领域中发挥着越来越重要的作用。
作为机器人技术的一个重要组成部分，三自由度机器人因其结构简单、控制方便等特点，被广泛应用于装配、焊接、喷涂等工业领域。
本文以三自由度机器人设计与控制为主题，围绕机械结构设计、运动学建模、控制算法设计等方面展开研究与分析，旨在为相关领域的研究提供一定的参考和借鉴。
二、机械结构设计三自由度机器人通常包括基座、臂部和末端执行器等部件，其机械结构设计直接关系到机器人的稳定性、精度和工作空间。
在本课题中，我们将采用柔性连接的直角坐标系结构设计，通过在关节处加装弹簧和减震器以减小振动，提高定位精度。
三、运动学建模运动学建模是机器人设计中的关键环节，它描述了机器人在工作空间内的姿态和位置。
本文将采用DH参数法建立机器人的坐标系变换矩阵，通过正运动学和逆运动学方程描述机器人的工作空间关系，并利用数值模拟软件对其进行验证和分析。
四、控制算法设计在机器人工作中，控制算法起着至关重要的作用。
为了保证机器人在工作过程中能够实现高效、精准地运动，我们将设计基于PID控制的位置控制算法，结合轨迹规划和避障算法，实现机器人的自动抓取和装配功能。
五、仿真与实验在设计完成后，我们将通过仿真软件对机器人进行工作空间分析和运动学验证，同时搭建实验平台，验证控制算法的有效性和稳定性。
通过比对仿真和实验结果，不断优化和改进机器人设计和控制算法，使其更加贴近实际工程应用需求。
六、结论与展望通过本课题的研究与分析，我们得出了一系列关于三自由度机器人设计与控制的结论和成果。
未来，我们将进一步深入研究机器人的感知技术、智能控制算法等方面，为实现更加智能化、高效化的工业机器人应用提供更多的技术支持和解决方案。
七、参考文献[1] 张强. 机器人技术及应用. 北京：机械工业出版社，2015.[2] 王勇. 机器人控制理论与应用. 上海：上海科学技术出版社，2019.[3] 李明，陈华. 工业机器人技术与应用. 北京：中国机械出版社，2018.通过以上对三自由度机器人设计与控制的研究和分析，我们可以更好地把握机器人技术的发展趋势，为相关领域的研究和实践提供更有价值的参考和借鉴。
圆柱坐标型三自由度机械手设计及其控制
2.1.3 控制机构 在机械手控制上，有点动控制和连续控制两种，大多数用插销板进行点动控制，
也有用 PLC 进行控制，主要控制的是坐标位置。
2.2 机械手的规格参数
抓重：2kg 自由度：3 个 坐标形式：圆柱坐标式 输入电压：220V 或 24V 功率：50W 伸缩行程（X）： 200mm 伸缩速度： 3mm/s 升降行程（Z）： 200mm 升降速度： 3mm/s 回转范围： 0-270 度 回转速度： 20° / s
4 珠丝杠螺母副的选型 ........................................ 10
4.1 提升机构滚珠丝杠副的计算及选型 ................................. 10 4.2 伸缩机构滚珠丝杠副的计算及选型 ................................. 13
3.1 手部设计基本要求 ................................................. 4 3.2 手部手部力学分析 ................................................. 5 3.3 夹紧力与驱动力计算 ............................................... 5 3.4 手爪夹持范围计算 ................................................. 7 3.5 手爪夹持精度的计算 ............................................... 8
2.1 机械手组成 ..................................................... 2 2.2 机械手的规格参数 .............................................. 10
机械毕业设计1276三自由度机械手运动学可视化求解研究
第1章绪论1.1课题研究背景虚拟仪器软件Labview在运动计算方面的研究起步较晚，在很多高端技术甚至低端技术领域都没有自己的研发设计知识产权。
但伴随着我国国民经济的持续快速发展以及不断地加大这方面的投入，加快了虚拟控制在机械运动技术方向的升级步伐，得以在机械手运动分析、教学机器人运动控制等方面以极高的速度在国内发展，为机械手运动控制及分析的普及奠定了良好的基础。
因此在虚拟运动学研究分析领域存在巨大的发展潜力。
利用虚拟仪器软件在机械手运动方面国外发展的是比较早的，虚拟控制机械手运动融合了计算机强大的硬件资源，突破了传统控制仪器在数据处理、分析、显示、等方面的限制，大大增强了虚拟仪器在不同方面及领域的功能。
图形化语言能够实现系统简单，构建灵活，层次体系明晰等特点。
利用它可以方便的建立自己所需的各种界面，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
使用图形化语言编程时，不用写编程代码，取而代之的是流程图。
从而能够大大降低了工作的时间和难度。
利用计算机丰富的软件资源，现在已经实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统的灵活性；通过软件技术和相应的数值算法，实时，直接的对测试数据进行各种分析与处理；通过图形用户界面技术，真正做到界面友好，人机交互。
虚拟仪器软件具有开放性，模块化，可重复使用及互换性等特点。
用户根据自己的需要，选用软件中的各种模块进行自己所需要的运动分析采集等功能，使仪器系统的适用范围更为灵活，覆盖面更广，缩短了系统组建时间。
作为现代运动分析控制的发展方向，虚拟控制已迅速发展成为一种新的产业。
1.2 机械手运动学可视化求解研究的目的和意义机械手可视化技术的研究可以帮助学习对机器人运动学的深入了解，减少分析和学习的时间，更快的理解机械手运动学的基本内容和研究难点，正逆运动学求解的可视化算法主要是通过数值计算的方法快速的对任意结构的三自由度机械手进行求解，并将求解结果可视化，有效的判断正逆解的合理性，同时为机器人运动学的学习提供了辅助工具。
三自由度机器人设计
审定成绩：毕业设计（论文）设计（论文）题目：三自由度机器人设计系部名称：机电工程系学生姓名：专业：机电一体化班级：学号：指导教师：答辩组负责人：填表时间：年月摘要在工业上，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。
本设计为三自由度直角坐标型工业机器人，其工作方向为三个直线方向。
在控制器的作用下，它执行将工件从一个地方搬到另一个地方这一简单的动作,本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。
关键词：三自由度直角坐标工业机器人AbstractIt is starting to change the modern industrial landscape. The design for the industrial robot of three degrees of freedom Cartesian coordinate its work direction for the three linear directions. The role of the controller, which performs the workpiece moved from one place to another place of this simple action, This is the entire design more comprehensive introduction and summary.Keywords：three degrees of freedom, rectangular coordinates, industrial robots目录摘要 (I)Abstract (II)前言 (1)第1章概述...‥ (2)1.1机器人概述 (2)1.2机器人的历史和现状 (4)1.3机器人的发展趋势 (6)第2章总体设计 (8)2.1 机器人的组成及各部分关系概述 (8)2.2 总体方案拟定 (9)2.3 驱动方式的选择 (11)第3章机械系统设计 (13)3.1 机械手的结构设计 (13)3.2 传动丝杆的设计 (17)3.3 导轨的设计 (20)3.4 轴承的选择 (21)3.5 电机的选择 (22)第4章总结 (25)致谢 (27)参考文献 (27)前言随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，自动化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。
工业机器人毕业设计
工业机器人毕业设计仅可以提高生产效率，降低生产成本，还能保障产品质量和员工安全。
因此，工业机器人在现代制造业中扮演着不可或缺的角色。
本文旨在设计一台圆柱坐标型的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。
1.2工业机器人在国内外的发展现状与趋势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，工业机器人在国内外的应用已经非常广泛，尤其是在汽车、电子、机械制造等行业。
随着科技的不断进步和人工智能的发展，工业机器人的智能化、高精度、高速度、高灵活性等方面也在不断提高。
未来，工业机器人将更加普及和应用，成为现代制造业的重要支撑。
2总体方案的确定2.1结构设计概述本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，以实现机器人的高精度、高速度、高灵活性等特点，从而更好地满足冲压设备的物料运输需求。
2.2基本设计参数在设计机器人的结构时，需要考虑到各个部件的尺寸、重量、负载能力等基本设计参数，以确保机器人的稳定性和可靠性。
2.3工作空间的分析机器人的工作空间也是设计中需要考虑的重要因素，需要根据冲压设备的物料运输需求，确定机器人的工作空间范围。
2.4驱动方式机器人的驱动方式是影响其运动精度和速度的重要因素，本文将选择合适的驱动方式，以保证机器人的高精度和高速度。
2.5传动方式确定机器人的传动方式也是影响其运动精度和速度的重要因素，本文将选择合适的传动方式，以确保机器人的高精度和高速度。
3搬运机器人的结构设计3.1驱动和传动系统的总体结构设计本文将设计机器人的驱动和传动系统，以确保机器人的高精度和高速度。
3.2手爪驱动气缸设计计算机器人的手爪驱动气缸是机器人搬运物料的重要部件，本文将进行手爪驱动气缸的设计计算，以确保机器人的高负载能力和稳定性。
3.3进给丝杠的设计计算进给丝杠是机器人运动的重要部件，本文将进行进给丝杠的设计计算，以确保机器人的高精度和高速度。
3.4驱动电机的选型计算驱动电机是机器人驱动系统的核心部件，本文将进行驱动电机的选型计算，以确保机器人的高精度和高速度。
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计
三维动画演示
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。
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
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。
零件实体图
总体方案： 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
材料，它的结构如图。
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
驱动方式的选择:
由上表可知步进电机应用于驱动工
业机器人有着许多无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
三自由度机械手毕业设计
摘要机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，由其控制系统执行预定的程序实现对工件的定位夹持。
完全取代了人力，节省了劳动资源，提高了生产效率。
本设计以实现铣床自动上下料为目的，设计了个水平伸缩距为200mm，垂直伸缩距为200mm具有三个自由度的铣床上下料机械手。
机械手三个自由度分别是机身的旋转，手臂的升降，以及机身的升降。
在设计过程中，确定了铣床上下料机械手的总体方案，并对铣床上下料机械手的总体结构进行了设计，对一些部件进行了参数确定以及对主要的零部件进行了计算和校核。
以单片机为控制手段，设计了机械手的自动控制系统，实现了对铣床上下料机械手的准确控制。
关键词：机械手；三自由度；上下料；单片机AbstractManipulator , an automation equipment with function of grabbing and moving the workpiece ,is used in an automated production process.It perform scheduled program by the control system to realize the function of the positioning of the workpiece clamping. It completely replace the human, saving labor resources, and improve production efficiency.This design is to achieve milling automatic loading and unloading .Design a manipulator with three degrees of freedom and 200mm horizontal stretching distance, 120mm vertical telescopic distance. Three degrees of freedom of the manipulator is body rotation, arm movements, as well as the movements of the body. In the design process, determine the overall scheme of the milling machine loading and unloading manipulator and milling machine loading and unloading manipulator, the overall structure of the design parameters of some components as well as the main components of the calculation and verification. In the means of Single-chip microcomputer for controlling, design the automatic control system of the manipulator and achieve accurate control of the milling machine loading and unloading.Key words: Manipulator; Three Degrees of Freedom; Loading and unloading; single chip microcomputer目录摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I第1章绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.1选题背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (1)1.2设计目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.3国内外研究现状和趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.4设计原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2第2章设计方案的论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1 机械手的总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1.1机械手总体结构的类型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1.2 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.2 机械手腰座结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.2.1 机械手腰座结构设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.2.2 具体设计采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.3 机械手手臂的结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3.1机械手手臂的设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3.2 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.4 设计机械手手部连接方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.5 机械手末端执行器（手部）的结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.5.1 机械手末端执行器的设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.5.2 机械手夹持器的运动和驱动方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.5.3 机械手夹持器的典型结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.6 机械手的机械传动机构的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.6.1 工业机械手传动机构设计应注意的问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.6.2 工业机械手传动机构常用的机构形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.6.3 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.7 机械手驱动系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.7.1 机械手各类驱动系统的特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.7.2 机械手液压驱动系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．132.7.3机身摆动驱动元件的选取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．132.7.4 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．142.8 机械手手臂的平衡机构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14第3章理论分析和设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163.1 液压传动系统设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163.1.1 确定液压传动系统基本方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163.1.2 拟定液压执行元件运动控制回路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173.1.3 液压源系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173.1.4 确定液压系统的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173.1.5 计算和选择液压元件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．243.1.6机械手爪各结构尺寸的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 第4章机械手控制系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.1 系统总体方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.2 各芯片工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.2.1 串口转换芯片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.2.2 单片机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．294.2.3 8279芯片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．304.2.4 译码器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．314.2.5 放大芯片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．324.3 电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.3.1 显示电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.3.2 键盘电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.4 复位电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.5 晶体振荡电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．344.6 传感器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38CONTENTS Abstract (I)Chapter 1 Introduction (1)1.1 background (1)1.2 design purpose (1)1.3 domestic and foreign research present situation and trends (2)1.4 design principles (2)Chapter 2 Design of the demonstration (3)2.1manipulator overall design (3)2.1.1 manipulator overall structure type (3)2.1.2 design adopts the scheme (4)2.2 lumbar base structure design of mechanical hand (5)2.2.1 manipulator lumbar base structure design requirements (5)2.2.2specific design schemes (5)2.3mechanical arm structure design (6)2.3.1 manipulator arm design requirements (6)2.3.2 design adopts the scheme (7)2.4 design of mechanical hand connection mode (7)2.5 the manipulator end-effector structure design (8)2.5.1 manipulator end-effector design requirements (8)2.5.2 manipulator gripper motion and driving method (9)2.5.3 manipulator gripper structure (9)2.6 robot mechanical transmission design (10)2.6.1 industry for transmission mechanism of manipulator design shouldpay attention question (10)2.6.2 industrial machinery hand transmission mechanism commonlyused form of institution (10)2.6.3 design adopts the scheme (12)2.7 mechanical arm drive system design (12)2.7.1 manipulator of various characteristics of the drive system (12)2.7.2 hydraulic drive system for a manipulator (13)2.7.3 Body swing the selection of drive components (13)2.7.4 Design the specific use of the program (14)2.8 mechanical arm balance mechanism design (14)Chapter 3 Theoretical analysis and design calculation (16)3.1 hydraulic system design and calculation (16)3.1.1 the basic scheme of hydrauic transmission system (16)3.1.2 formulation of the hydraulic actuator control circuit (17)3.1.3 hydraulic source system design (17)3.1.4 determine the main parameters of the hydraulic system (17)3.1.5 calculation and selection of hydraulic components (24)3.1.6 Manipulator calculation of the structural dimensions (26)Chapter 4 The robot control system design (28)4.1 Overall scheme (28)4.2 Chip works (28)4.2.1 serial conversion chip (28)4.2.2 MCU (29)4.2.3 8279 chip (30)4.2 .4 decoder (31)4.2.5 amplifier chip (32)4.3 Circuit design (33)4.3.1 show the circuit design (33)4.3.2 The keyboard circuit design (33)4.4 Reset circuit design (33)4.5 crystal oscillation circuit design (34)4.6 sensor selection (34)Conclusion (36)Acknowledgements (37)References (38)第1章绪论1.1选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
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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。
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。
手部抓持工件的迅速、准确和牢靠程度都将直接影响到工业机械手的工作性能，它是工业机械手的关键部件之一。
3.2.1.1 设计时要注意的问题：a. 末端执行机构应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。