六自由度机械手复杂运动控制
六自由度机械手运动分析甄选
六自由度机械手运动分析甄选机械手是一种由多个自由度组成的机械装置，用于完成各种工业操作任务。
在机械手中，自由度指的是机械手能够独立运动的自由方向的数量。
常见的机械手有三自由度、四自由度和六自由度等不同类型。
在本文中，我们将重点讨论六自由度机械手的运动分析和甄选。
六自由度机械手是指具有六个独立自由度的机械手，每个自由度对应着机械手的一个运动方向。
六自由度机械手一般由基座、腰、肩、肘、腕和手等部分组成，每个部分对应着机械手的一个自由度。
这种机械手具有广泛的应用领域，例如在装配、焊接、喷涂、搬运等工业生产过程中的自动化操作。
在进行六自由度机械手的运动分析时，首先需要确定机械手各个部分的运动轴线和相对于基座的位置关系。
这样可以建立坐标系，在该坐标系中描述机械手的运动。
然后，需要确定机械手各个部分的运动范围和限制条件，以及各个部分之间的运动耦合关系。
通过这些分析，可以得到机械手的运动方程和逆运动学解，从而实现对机械手的运动控制。
在甄选六自由度机械手时，需要考虑以下几个关键因素：1.负载能力：机械手的负载能力是指机械手能够承受的最大负载重量。
在甄选机械手时，需要考虑需要处理的工件的重量，选择适当的机械手负载能力。
2.工作范围：机械手的工作范围是指机械手能够覆盖的工作空间。
在甄选机械手时，需要考虑需要处理的工件的尺寸和形状，选择能够满足工作范围要求的机械手。
3.精度要求：机械手的精度是指机械手能够实现的运动精度。
在甄选机械手时，需要考虑需要处理的工件的精度要求，选择能够满足精度要求的机械手。
4.控制系统：机械手的控制系统是指用于实现机械手运动控制的硬件和软件系统。
在甄选机械手时，需要考虑机械手的控制系统是否能够满足实际应用的需求。
5.价格和性能比较：机械手的价格是一个重要的考虑因素，同时也需要综合考虑机械手的其他性能指标，如速度、加速度、稳定性等，进行综合评估和比较。
在机械手的甄选过程中，可以借助计算机仿真和虚拟现实技术，对不同的机械手方案进行模拟和评估。
六自由度机械臂动力学
六自由度机械臂动力学是研究六自由度机械臂运动规律的学科，主要包括六自由度机械臂的运动学和动力学两部分。
运动学主要研究六自由度机械臂的运动轨迹、速度、加速度等运动参数，不涉及力和受力的问题。
运动学方程通常采用正解运动学或者逆解运动学的方法进行求解。
动力学则需要考虑六自由度机械臂在运动过程中所受到的各种力，如重力、摩擦力、弹性力等，并研究这些力如何影响机械臂的运动状态，从而得出动力学方程。
动力学方程通常通过牛顿-欧拉方程或者拉格朗日方程进行求解。
六自由度机械臂的动力学问题是机器人学和控制理论中的重要问题之一。
对于复杂的实际应用，如工业自动化、医疗机器人、空间探索等，精确的六自由度机械臂动力学模型和控制算法对于实现高精度、高效率的机器人操作至关重要。
六自由度机械臂控制系统设计
六自由度机械臂控制系统设计随着世界各地恐怖事件的不断爆发，采用六自由度机械臂实现对爆炸物的排除已成为现如今防恐事业的一项重要手段，机械臂在进行作业的过程中，排爆需要灵活的操作和细致的动作。
机械臂的自由度往往在四五个左右，为了满足排爆工程的需求，就需要加强机械臂的操作自由度，因此设计六自由度机械臂就显得尤为重要。
标签：六自由度；机械臂；控制系统设计1.六自由度机械臂控制系统设计要求六自由度机械臂的运动控制硬件分别是机械手的运动控制、驱动电路的底层控制、远程通信以及远程控制、视觉传感和辅助传感系统和上层控制的人机交互。
在整个自由度机械臂控制系统中，上位机控制系统的主要功能是给操作者提供良好的人机交互界面，而且机械臂的操作能够通过配套的便携手柄而实现，所以上位机要对手柄所发射的信号进行有机的掌握和控制，对下位机系统的控制还需要上位机系统给出，同时还要将下位机及机械臂运动状态信息能够及时反馈给操作者。
操作手柄和下位机作为移动设备而言，上位机控制系统除了能够提供有线的控制，还要提供相应的无线通信系统，其控制的有效距离在100米左右实现控制的指令和运动反馈的信号达成。
在移动载体的设计上，除了放置机械手实现对抓取的射线图像检测仪，机械臂和车身上还装置了两台CCD摄像机和两个自由度的云台，并相应地配备录像机以对排爆过程进行全程的记录。
这些信息的反馈就是通过无线图像模块实现的。
在机械臂手部的设计过程中，因为机器人的抓手在整个机械臂系统中作为最末端的执行器，在抓取和实现操作工作的时候，其可以根据需要分为钳式和吸附式。
在这个层面上我们主要考虑的是机械臂在进行工具抓取的时候，需要采用钳式的爪手，在爪手上的电机，我们选择的是MICRO-STd伺服电机，在电机的尺寸设计上，要保证电力能够在最小的空间占比和最轻的质量占比，从而满足于机械臂的灵活性。
在机器人的机械臂设计中，机械臂是由四到五个伺服的电机组成的，对伺服电机的控制能够保障机械臂在不同使用需求上的不同位置和方向的自由变化。
六自由度机械手的坐标建立及运动学分析
六自由度机械手的坐标建立及运动学分析1.坐标建立：在六自由度机械手的坐标建立中，一般采用DH约定法（Denavit-Hartenberg法）来建立坐标系。
DH法是一种常用的方法，能够简化坐标系的描述，方便运动学分析。
首先，根据机械手的实际结构和运动方式，确定基座系（O-1-X1-Y1-Z1）和工具系（O-6-X6-Y6-Z6）两个坐标系。
其中，基座系固定在机械手的基座上，而工具系固定在机械手臂的末端执行器部分。
然后，根据机械手的连杆关系，逐个确定每个连杆的坐标系。
对于每个连杆的坐标系，可以通过以下几个步骤确定：1）确定连杆旋转轴，选择旋转轴为Z轴。
2）确定连杆的连杆中心线与相邻连杆中心线的夹角，选择夹角为连杆坐标系的转角θ。
3）确定连杆坐标系的原点与相邻连杆坐标系的原点之间的距离，选择距离为连杆坐标系的运动方向z。
4）确定连杆坐标系的x轴，通过右手定则确定。
根据以上步骤，可以逐个确定各个连杆的坐标系，最终建立整个六自由度机械手的坐标系。
2.运动学分析：运动学正解是指通过给定每个关节的转角，计算末端执行器的位置和姿态。
运动学正解的计算可以采用连乘法则，从基座系逐步向前计算每个连杆的变换矩阵，最终得到末端执行器的变换矩阵。
运动学逆解是指通过给定末端执行器的位置和姿态，计算每个关节的转角。
运动学逆解的计算可以通过逆运动学方法实现，其中一种常用的方法是通过解析法，通过求解多元非线性方程组得到关节转角的解析解。
在进行运动学分析时，还需要考虑机械手的工作空间限制、奇异位置的问题以及碰撞检测等。
因此，在实际运动学分析中，可能需要进行机器人的轨迹规划和路径规划。
总结：六自由度机械手的坐标建立和运动学分析是机械手设计和控制的基础。
通过建立机械手的坐标系，可以方便地描述六自由度机械手的结构和运动方式。
而运动学分析可以通过运动学正解和逆解，实现机械手的位置和姿态的计算。
熟练掌握六自由度机械手的坐标建立和运动学分析，对于机械手的设计和控制具有重要意义。
6自由度IRB120机械手运动学分析和轨迹规划
序号 i
关节变量 兹i（/ 毅）
扭角 琢i（/ 毅）
杆长 ai/mm
偏距 di/mm
1
兹1
琢1
0
d1
2
兹2
0
a2
0
3
兹3
琢3
a3
0
d4
5
兹5
琢5
0
0
6
兹6
0
0
d6
淤操作快速简单安全。 于 享 有 多 种 不 同 的 操 作 方 式 , 比 如 面 板 操 作 ﹑智 能 手 机远程控制。 盂串口 WiFi 模块信号穿透性强,接收速度快且准确， 控制更方便。 缺点： 由于是 WiFi 遥控开关控制三相异步电动机的手机电 路，远程遥控开关的是通过互联网传递无线信号，控制用 电器的一种智能远程控制器。其基本套件包括：手机 APP， 网络，WiFi，连接用电器的接收器。使用时，手机 APP 发出 指令，通过互联网传达。所以说涉及到的知识更为复杂，出 现故障后给维修者带来更大的不便。 6.5 GPRS 远程开关手机遥控控制电动机正反转电路 优点： 由于是使用了云服务器，技术成熟稳定，手机 APP 远 程 控 制 电 源开 关 ，主 机 里 面 插 一 张 移 动 的 流 量 卡 ，使 用 了 GPRS 流量控制，用手机随时随地远程遥控；只要有网络 信号的地方都可用。不受时间与距离限制，便于对远处不 便去的地方频繁起动随时随地电动机的远程控制。
一旦对全部连杆规定坐标系后，就能按照下列的步骤 建立相邻两连杆之间的相对关系：
淤绕 Zi-1 轴旋转 兹i 角，使 Xi-1 轴转到与 Xi 同一平面内。 于沿 Zi-1 轴平移一距离 di，把 Xi-1 移到与 Xi 同一直 线上。 盂沿 Xi 轴平移一距离 琢i，把连杆 i-1 的坐标系移动到 使其原点与连杆 i 坐标系原点重合的地方。 榆绕 Xi 旋转 琢i 角，使 Zi-1 移到与 Zi 同一直线上。 1.2 机械手的正运动学求解 根据表 1 中的参数，依据坐标变换法则，机械手有 6 个自由度，将末端执行器坐标连接到基本坐标的机械手的 均匀整体转换矩阵得到如下：
六自由度机械手设计
六自由度机械手设计在工业自动化领域中，六自由度机械手被广泛应用于各种生产线上。
机械手的设计需要考虑到其功能需求、结构设计和控制系统的设计等多个方面。
本文将从这三个角度，详细介绍如何设计一个六自由度机械手。
首先，机械手的功能需求包括其工作范围、负载能力和精度等。
机械手的工作范围决定了其能够覆盖的空间范围，而负载能力决定了其能够携带的物体的重量。
精度则决定了机械手在操作过程中的定位精度和稳定性。
在设计过程中，需要根据具体的应用场景来确定这些参数，并且在满足需求的前提下尽可能最优化。
其次，机械手的结构设计决定了其运动灵活性和稳定性。
六自由度机械手一般由基座、臂、腕和手指等部分组成，每个部分都有自己的运动自由度。
在设计过程中，需要综合考虑各个自由度的运动范围、连杆长度和连接方式等因素。
同时，还需要考虑机械手的整体结构是否牢固，是否方便维护和安装等。
最后，机械手的控制系统设计包括运动控制和感知控制两个方面。
运动控制主要包括运动规划和轨迹控制等，通过对机械手的运动轨迹进行规划和控制，使其能够精确地完成指定的任务。
感知控制主要是通过传感器来获取机械手和外部环境的信息，并根据这些信息来做出相应的调整。
在设计过程中，需要选择合适的传感器，并设计相应的算法来实现感知控制。
综上所述，六自由度机械手的设计需要考虑到功能需求、结构设计和控制系统设计等多个方面。
只有在这三个方面都充分考虑到，并且在满足需求的前提下进行优化，才能设计出一台性能稳定、功能完备的六自由度机械手。
通过不断改进和创新，相信未来的六自由度机械手会在工业自动化领域有着更加广阔的应用前景。
搬运机器人设计论文
1.21、国内现状及发展趋势
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。机器人的分类方法有多种,按其应用可分为：工业机器人、军用机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、空间机器人和娱乐机器人。搬运机械人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，如图1的搬运机器人。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
(1)按机器人的控制方法的不同，可分为点位控制型（PTP），连续轨迹控制型（CP）：（a）点位控制型（Point to Point Control）：机器人受控运动方式为自一个点位目标向另一个点位目标移动，只在目标点上完成操作。例如机器人在进行点焊时的轨迹控制。（b）连续轨迹控制型（Continuous Path Control）：机器人各关节同时做受控运动，使机器人末端执行器按预期轨迹和速度运动，为此各关节控制系统需要获得驱动机的角位移和角速度信号，如机器人进行焊缝为曲线的弧焊作业时的轨迹控制。
1.21国外现状及发展趋势
现代国际工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。因此其各种生产流水线以及物流管理中更是多元化的使用着气动机械手。其中化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，搬运机器人就是为实现这些工序的自动化而产生的。搬运机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。国外机械手工业、铁路工业中不仅在单机、专机上采用机械手上下料，减轻工人的劳动强度。并和机床共同组成一个综合的数控加工系统。采用搬运机械手在流水线进行生产更是目前研究的重点，国外已研究采用摄象机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到准确搬运的目的。
(完整版)六自由度机械手
目录摘要 (2)第一章绪论 (3)1.1. 工业机器人概述 (3)1.2机械手的组成和分类 (4)1.2.1. 机械手的组成 (4)1.2.2. 机械手的分类 (5)第二章机械手的设计方案 (7)2.1 机械手的“坐标形式”与“自由度” (7)2.2 机械手的主要参数 (8)第三章手部结构的设计 (9)3.1 末端执行器的设计 (9)3.1.1蜗杆蜗轮型号选择 (10)3.1.2 驱动电机型号选择 (10)3.1.3联轴器的选择 (11)3.2 手腕回转装置设计 (11)3.2.1 驱动电机的选择 (12)3.2.2 锥齿轮的设计 (13)第四章腕部结构设计 (16)4.1 腕部俯仰结构设计 (16)4.1.1 驱动电机的选择 (16)4.1.2 内啮合齿轮的设计 (17)4.2 手腕左右摆动结构设计 (18)第五章肘部与肩部的设计 (19)5.1 肘部结构设计 (19)5.1.1 驱动电机的选择 (20)5.1.2内啮合齿轮的设计 (21)5.2 肩部结构设计 (22)5.2.1驱动电机的选择 (22)5.2.2 锥齿轮的设计 (23)第六章底座的设计 (23)6.1 驱动电机的选择 (24)6.2 蜗轮蜗杆的选择 (24)第七章：ADAMS 模型的建立与仿真 (25)7.1 手部模型的建立 (25)致谢 (29)参考文献 (29)摘要本次所设计的作品是“六自由度机械手”。
六自由度即：腰部回转、肩部摆动、肘部摆动、腕部左右摆、腕部俯仰摆和腕部回转，最终实现“末端执行器”的夹持动作。
方案一：所有传动均选用“齿轮传动”或者“蜗轮蜗杆传动”。
总共需要7个伺服电机来驱动。
首先，腰部电机主轴通过联轴器与蜗杆连接，蜗杆旋转带动蜗轮回转，从而蜗轮再带动底座实现360度回转。
其次，肩部电机主轴通过联轴器与一个锥形齿轮连接，带动另外一个锥形齿轮进行双向旋转，从而实现肩部带动上臂的摆动动作。
再者，肘部电机通过联轴器与一“内啮合”小齿轮连接，而大齿轮与前臂的端部通过平键来周向连接定位。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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ABSTRACTIn 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.绪论 (1)课题研究背景和意义 (1)国内外研究状况 (2)六自由度机械手复杂运动控制的现实意义 (4)课题的提出 (5)本课题研究的主要内容 (5)串联机器人运动学 (7)2.1 机器人运动学方程的表示 (7)2.1.1 运动姿态和方向角 (8)2.1.2 运动位置和坐标 (9)2.1.3 连杆变换矩阵及其乘和 (12)2.2 机械手运动方程的求解 (15)2.2.1 欧拉变换解 (16)2.2.2 滚、仰、偏变换解 (20)2.2.3 球面变换解 (21)2.3 反解的存在性和唯一性 (23)2.3.1 反解的存在性和工作空间 (23)2.3.2 反解的唯一性和最优解 (24)2.3.3 求解方法 (25)六自由度机械手的平面复杂轨迹设计及运动学分析 (27)3.1 系统描述及机械手运动轨迹设计方式 (27)3.1.1 机器人技术参数一览表 (27)3.1.2 机器人控制系统软件的主界面 (27)3.1.3 机器人各部位和动作轴名称 (28)3.1.4 机械手运动轨迹设计方式 (29)3.2 平面复杂轨迹设计目的 (33)3.2.1“西”字的轨迹设计和分析 (33)3.2.2“南”字的轨迹设计和分析 (34)3.2.3机械手的起始位姿和末态位姿 (35)3.3机械手轨迹设计中坐标系的建立 (35)3.4 平面轨迹设计的正运动学分析 (43)3.4.1平面轨迹设计的正运动学分析原理 (43)3.4.2 正运动学分析步骤及计算 (44)3.5 平面轨迹设计的逆运动学分析 (45)3.5.1 平面轨迹设计的逆运动学分析原理 (45)3.5.2.逆运动学分析步骤及计算 (46)设计实现过程和MA TLAB仿真计算 (50)4.1 设计实现过程 (50)4.2 MA TLAB仿真计算 (53)结论与展望 (57)5.1 结论 (57)5.2 展望 (58)致谢 (59)参考文献 (60)第一章绪论1.1 课题研究背景和意义在现代制造行业中，先进的制造技术不断的代替传统的加工方法和操作方式。
现代工业的高技术要求，更促进了机器人的发展：例如，实行无人化的工作车间，自动生产线等。
特别九十年代以来，工业机器人性能不断提高，向着高速度、高精度、高可靠性的方向发展，同时表现在以下方面：1．机械结构向模块化、可重构化发展。
如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。
国外己有模块化装配机器人产品问市。
2．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成速度高，控制距日见小巧，且采用模块化机构;大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
3．机器人中的传感器作用日益重要。
除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器:而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中己有成熟应用。
4．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
5．当代遥控机器人系统发展的特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统来构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。
美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
6．机器人机械化开始兴起。
从1994年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。
当今机器人技术的发展趋势主要有两个突出的特点:一个是在横向上，机器人的应用领域在不断扩大，机器人的种类日趋增多;另一个是在纵向上，机器人的性能不断提高，并逐步向智能化方向发展。