六关节型机器人
六轴串联机器人位姿同步的实时轨迹规划
运动平滑性
分析机器人运动过程中速度、加速 度的连续变化，评估轨迹的平滑性 。
实时性
验证轨迹规划算法在不同复杂度和 动态环境下的实时性能。
结果讨论与改进方向
结果讨论
综合分析实验结果，讨论位姿同步算法和实针对算法性能、实时性和稳定性的优化措施，如引入更高效的优化算法、提高传感器精度等，以 提升六轴串联机器人的整体性能。
同步精度
评估位姿同步算法在不同 运动状态下的同步误差， 包括位置误差和姿态误差 。
实时性
分析算法在不同计算资源 下的运行时间，确保满足 实时性要求。
稳定性
测试算法在面对传感器噪 声和外部干扰时的稳定性 表现。
实时轨迹规划效果评估
轨迹跟踪精度
比较实际机器人运动轨迹与规划 轨迹的符合程度，评估轨迹规划
运动学方程
通过连乘所有连杆坐标系的变换矩阵，建立六轴串联机器 人的正运动学方程，实现由关节角度到位姿的映射。
六轴串联机器人逆运动学建模
01 02
数值解法
采用数值方法（如牛顿-拉夫逊法）求解六轴串联机器人的逆运动学问 题，通过迭代优化关节角度，使得正运动学计算得到的位姿与实际期望 位姿之间的差距最小化。
重要性
实时轨迹规划能够确保机器人在动态环境中快速适应变化，提高机器人的运动性 能和安全性能。
基于插值法的实时轨迹规划
优点
插值法计算量较小，能够实现实时性要求较高的轨迹 规划。
原理
插值法是通过在已知数据点之间插入新的数据点，以 生成平滑曲线的方法。在实时轨迹规划中，可以利用 插值法根据机器人当前位姿和目标位姿生成中间位姿 ，从而实现轨迹的平滑过渡。
硬件加速
采用专用硬件加速器或FPGA等硬件资源，对位姿同步算法中的关键计算步骤进行硬件加 速，进一步提高算法的执行速度和实时性能。
6R关节型机器人运动学建模
ｒ ｏｓ，ｏ ｌｉｌ ｏｕ ｉｎｓｆ ｒｉｖ ｒ ｅ ｋｎｅ ｔ ｑ ａｉ ｎ ｒ ｔ ｄ ｅ ｏ ｑ ａ ｉｎ ｓ ｄ ｉ ｈ ａ ｔｃ ｌｃ ｎｒ ｌｏ ｏｔ ｒｍｕｔｐ ｅ ｓ ｌ ｔｏ ｏ ｎ ｅ ｓ ｉ ｍａ ｉ ｅ ｕ ｔｏ ｓｗｅ ｅｓｕ ｉｄ ｆｒｅ ｕ ｔ ｓｕ ｅ ｎ ｔ ｅｐｒｃ ｉａ ｏ ｔｏ ｆ ｃ ｏ
Ｍ ｏ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔｎ ｈ ｎ ｅ ｓ ｉ ｅ ａ ｉ ｓ ｏ ｄ ｌｎ ｎ ｍ ｌｍ ｎ ｉ ｇ ｔ ｅ ｉ ｖ ｒ ｅ ｋ ｎ ｍ ｔｃ ｆ
ａｓ ｅ ｏｕｅｊｉｔｒｂ ｔ ｉ ｒｖ ｌｔ ｏｎ ｏ ｏ ｘ
ＷＡ Ｇ Ｌ—ｕ ｎ ，ＬＵ Ｂｎ —ａ Ｎ ｉ ａ Ｉ ｉｇｈ ｏ ，ＷＵ Ｊａ — ｎ Ｈ ｎｆ —ｕ Ｕ Ｚ ｅ ｇｙ ｑ ｉｎｒ ｇ ， ａ ｎｈ ａ ，Ｌ ｈ ｎ —ｕ ｏ ｉ
设 置方 式 ， 需 要 经 常 更 换 作 业 工 具 的 多机 器 人 系统 中更 为 适 用 ． 在 推导 过 程 只需 ２次 矩 阵逆 乘 ， 骤 简 单 ． 于 Ｖ 步 基 Ｃ＋ ＋和 Ｏ ｅＧ ｐ ｎ Ｌ技 术 编 制 了系 统 程 序 ， 验 了方 法 的有 效 性 ． 检 以其 中 一 个 位 姿 为 例 ， 比几 何 方 法 得 出 的 结 果 ， 证 了 对 验 算 法 的 正确 性 ． 究 的结 果 适 用 于 ＭＯ Ｏ Ｎ Ｕ ６和 Ｐ Ｍ ５ ０等 相 似 构 型 的所 有 机 器 人 ． 研 Ｔ ＭＡ —Ｐ Ｕ Ａ６ 关 键 词 ： 运 动 学 ； 器 人 ； 数解 法 逆 机 代 中 图分 类号 ： Ｐ４ 文 献标 识码 ： 文 章 编 号 ：６ ３ ８ （００）２ ）５ ４ Ｔ２ １ Ａ １７ ￣７ ５ ２ １ ０ ４１６ ） ５
贝加莱ACOPOSmulti在奇瑞6关节机器人系统中的应用
贝加莱 ACOPOSmulti 在奇瑞 6 关节机器人系统中的应用邓后刚前言奇瑞汽车股份有限公司是中国最大的自主品牌汽车生产商之一。
目前， 奇瑞公司已具备 年产整车 90 万辆、发动机 65 万台和变速箱 40 万套的生产能力。
随着生产规模不断扩大， 对自动化生产线需求也越来越高，工业机器人的应用数量也越来越多。
为了降低生产成本， 奇瑞汽车从 2007 年开始自主研发工业机器人，目前已完成基于贝加莱工业自动化系统的第 三代机器人的研发。
本文介绍奇瑞汽车基于 B&R ACPOSmulti 伺服驱动系统和 B&R 机器人软件库系统完成 的具有革新性的机器人系统设计， 代表着国内机器人技术的领先水平， 并且它是由奇瑞汽车 和贝加莱（中国）的工程师共同研发的具有自主知识产权的机器人技术。
1. 机械系统工业机器人主要有机械系统、控制系统、系统软件三部分组成，其中机械部分由奇瑞汽 车自己设计并制造，而控制系统采用了贝加莱的 ACOPOSmulti 和 APC 产品构成，软件则 由双方的研发团队共同完成。
1.1 机械系统组成 机器人机械系统主要由机械本体和外围结构件组成，如图 1 所示。
机械本体主要由底 座部分、平衡缸部分、大臂、小臂部分和手腕部分组成。
外围结构主要由管线包以及一些管 卡组成。
图 1：机器人机械系统组成 1.2 机器人性能参数 基于贝加莱系统的第三代机器人是奇瑞汽车股份有限公司自主研发的大负载工业机器 人，型号为 QB-165，最大负载 165 公斤，有六个自由度。
该机器人也是我国自主研发的最 先进的大负载工业机器人之一，各项性能参数达到国际先进水平，具体参数如表 1 所示。
项目 性能CHERY QB-165 动作类型 控制轴 放置方式 J1 轴 最大 动作 速度 J2 轴 J3 轴 J4 轴 J5 轴 J6 轴 J1 轴 最大 动作 范围 J2 轴 J3 轴 J4 轴 J5 轴 J6 轴 最大活动半径 手部最大负载 重复精度 噪音 多关节型 6轴 地装 100°/sec 90°/sec 95°/sec 130°/sec 130°/sec 180°/sec ±180° +80°/-60° +80°/-210° ±360° ±120° ±360° 2.6m 165kg ±0.3mm 80dB 表1：机器人性能参数表2. 控制系统机器人系统由于长期运行于生产过程中，因此对于控制系统的可靠性和稳定性要求较 高，因此，选择了来自贝加莱的 ACOPOSmulti 驱动系统和 APC 系统。
基于ADAMS 的六轴机器人动力学仿真分析
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的优化设计提供理论基础。
1 机器人本体结构设计
根据包装生产线的搬运工序的作业特点设计，文 中设计的机器人为六轴关节型机器人，其额定载荷为 20 kg，最大作业半径为 2 m。六轴关节型机器人具有 结构简单、灵活，工作效率高，应用广泛等特点，它 具有 6 个自由度，由 6 个转动关节串联构成，每个关 节由伺服电机单独驱动，在控制系统的作用下，各个 关节各自按照预定的轨迹运动，组合完成末端执行器 的功能要求，其结构简图见图 1，主要由底座，旋转 座、大臂、前臂以及手腕等部分组成[8—9]。
收稿日期：2020-11-13 作者简介：陶胤强（1974—），男，硕士，重庆化工职业学院讲师，主要研究方向为机电一体化，机械设计、制造与维修。
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第 42 卷 第 17 期
陶胤强：基于 ADAMS 的六轴机器人动力学仿真分析
由于工业用六轴机器人在工作时的要求具有较 高的运动精度，所以采用伺服电机作为各关节的驱动 装置，并配有减速器实现各轴的减速。
机器人传动系统结构见图 2，J1 电机为腰部旋转 驱动，J2 电机为大臂俯仰驱动，J3 电机为前臂俯仰
第 42 卷 第 17 期 2021 年 9 月
包装工程 PACKAGING ENGINEERING
·266·Leabharlann 基于 ADAMS 的六轴机器人动力学仿真分析
陶胤强
（重庆化工职业学院，重庆 400020）
摘要：目的 为了解决六轴机器人包装行业中装箱、搬运等工序的应用问题，主要基于包装生产线的搬 运工序设计作业机器人并对其动力学进行研究。方法 根据包装生产线搬运工序的作业特点，将机器人 结构设计为六轴关节型机器人，每个关节均通过伺服电机连接减速器驱动，通过牛顿-欧拉法对机器人 进行动力学分析，建立机器人模型，并运用 ADAMS 软件对其动力学进行仿真分析。结果 所设计机器 人关节的运动轨迹曲线平稳变化，轨迹平滑连续，角速度和角加速度曲线平滑、无突变。结论 机器 人运动平稳，在运动过程中振动较小，证明了结构设计的合理性，为六轴机器人的优化设计提供了理 论基础。 关键词：包装生产线；搬运；机器人；动力学；ADAMS 中图分类号：TB486+.3; TP246 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2021)17-0266-04 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2021.17.037
六足机器人
六足机器人概述六足机器人是一种模仿昆虫六足行走方式的机器人，通过六只机械腿来实现行走。
它具备优秀的适应性和灵活性，可以应用于各种环境和任务。
本文将介绍六足机器人的工作原理、应用领域以及发展趋势。
工作原理六足机器人的行走原理类似于昆虫的行走方式。
每条腿通过多个关节相互配合，通过变换关节角度来实现前进、转向和躯体姿态调整等动作。
六足机器人可以通过相互独立的六条腿实现高度灵活的运动，具备良好的稳定性和适应性。
结构与设计六足机器人的结构设计包括机械结构、运动控制和感知系统等。
机械结构部分主要包括腿部结构和机身结构两部分。
腿部结构通常由关节和执行机构构成，通过控制关节的运动来实现机器人的行走。
机身结构则包括各个腿的连接以及电源和控制电路等。
运动控制系统主要包括运动学和动力学控制算法，通过对腿部的运动轨迹和力矩进行控制来实现机器人的行走。
感知系统则用于获取环境信息，如摄像头、距离传感器等。
应用领域六足机器人具有广泛的应用领域，例如：1.探测和救援：六足机器人可以进入狭小的空间，例如地下管道、建筑破损区域，进行搜救和探测任务。
2.陆地勘探：六足机器人可以在复杂地形中进行探索和勘测，例如极地、山区等。
3.农业和园艺：六足机器人可以应用于农业和园艺领域，进行种植、除草和喷药等任务。
4.建筑施工：六足机器人可以在建筑工地上进行搬运和运输，提高工作效率和安全性。
5.交通巡逻：六足机器人可以用于人员巡逻和交通管制，增强公共安全。
发展趋势随着科技的不断进步和应用需求的增加，六足机器人在未来有着广阔的发展前景。
以下是几个可能的发展趋势：1.智能化：六足机器人将会越来越智能化，具备自主决策和学习能力，能够根据环境和任务自主完成行走和操作。
2.多功能化：六足机器人将会具备多种功能，例如搬运、搜救、勘测等，能够适应不同的应用需求。
3.合作与协作：多个六足机器人之间将可以实现合作与协作，通过通信和协调来完成更复杂的任务。
4.轻量化与迷你化：随着轻量化和迷你化技术的发展，六足机器人将会更加紧凑和便携，适用于更多场景和环境。
标准d-h参数法建立六关节臂型机器人的连杆坐标系
标准d-h参数法建立六关节臂型机器人的连杆坐标系
标准D-H参数法是一种常用的方法，用于建立机器人的运动
学模型。
在六关节臂型机器人中，每个关节都有一个连杆坐标系。
以下是使用标准D-H参数法建立六关节臂型机器人连杆坐标
系的步骤：
1. 给每个关节定义一个坐标系，通常选择右手坐标系规定方向。
其中，基座（base）使用基座坐标系（坐标系0），末端执行
器（end effector）使用末端坐标系（坐标系N）。
2. 选择一个参考位置，并为每个关节选择一个坐标系原点，通常选取连接轴线的交点作为原点。
3. 根据机器人的结构和运动特点，确定关节坐标系的方向，规定z轴为关节轴线的方向，x轴为连接前一关节与当前关节的
交线的方向。
4. 使用三个转换矩阵描述每个关节的位姿变换，即由前一个关节坐标系到当前关节坐标系的变换关系。
5. 使用DH参数（a, alpha, d, theta）描述每个关节坐标系之间
的相对位移，其中a和alpha表示连接前一关节与当前关节坐
标系原点的距离和连接线与x轴之间的夹角；d表示连接前一
关节与当前关节坐标系原点在z轴方向上的位移；theta表示
连接前一关节与当前关节坐标系原点在z轴方向上的旋转角度。
6. 根据DH参数，建立每两个关节坐标系之间的变换矩阵，乘积即为整个机器人的运动学变换矩阵。
值得注意的是，标准D-H参数法只能用于建立运动学模型，
不考虑机器人的物理约束和动力学特性。
如果需要进行动力学分析和控制，还需要考虑惯性、摩擦等因素，使用更为复杂的方法。
六轴工业机器人的工作空间分析
0引言现阶段，我国在进一步升级制造业，以工业机器人为代表的智能设备被广泛应用在自动化生产线上。
与此同时，生产实践中对机器人的应用也提出了更多要求，比如，希望进一步优化结构设计，扩大机器人的运动边界，即增大工作空间。
机器人的工作空间是指其运行时的位姿点的空间集合[1]。
机器人比较典型的一种工况是搬运码垛。
机器人在完成搬运等相关工作时，可能会因为机器人末端执行器不能到达相关的工作范围而导致不能完成任务，即工作空间小于任务空间。
因此研究机器人工作空间的大小和形状就很有必要，这也有利于后续任务空间的确定和实现结构上的优化设计和创新。
1机器人工作空间的位置向量分析1.1机器人运动模型建立本文基于深圳某公司研发的“哨兵”六轴关节型机器人进行研究，具体如图1。
该机器人主要用于物料搬运和码垛等。
在机器人前期结构设计时需要对该机器人进行工作空间的仿真，检验搬运码垛时的目标物体是否在机器人的工作空间范围内，从而能完成相关的任务。
与此同时，还需分析工作空间与机器人结构上的对应关系，为后续扩大机器人的任务范围提供科学依据。
D-H 参数法中，主要是四个参数，即连杆长度a ，扭角α，偏距d ，关节角θ[2]。
各参数的定义见表1。
依据D-H 参数法，在其上建立如图2所示的坐标系。
经过分析，得出该机械手的标准D-H 参数表，见表2。
根据所建立的连杆坐标系与参数D-H ，令λi =cos αi ，μi =sin αi ，得出相邻两坐标系的运动学方程，见式（1）。
（1）六轴工业机器人的工作空间分析李雨健①;方坤礼①;周惠明②（①衢州职业技术学院机电工程学院，衢州324000；②浙江航于电梯有限公司，衢州324000）摘要:本文针对“哨兵”六轴关节型机器人,依据正运动学模型,得出机器人的工作空间的位置向量P ,并利用MATLAB 中的机器人工具箱进行位置向量P 的计算。
利用蒙特卡洛法,分析该机器人的工作空间,但该法无法清晰地绘制出机器人工作空间的边界,故又进一步采用极限定步距角法绘制出机器人工作空间的边界,最后将两种方法结合,即可得出包含边界的机器人工作空间,从而用于任务空间的确定。
6自由度多关节工业机器人图纸++
湖南科技大学毕业设计（论文）题目六自由度工业机器人结构设计作者学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学号指导教师二〇一六年五月二十日湖南科技大学毕业设计（论文）任务书机电工程学院院机械设计制造及其自动化系（教研室）系（教研室）主任:（签名）年月日学生姓名:学号:专业:机械设计制造及其自动化1设计（论文）题目及专题：六自由度工业机器人结构设计2学生设计（论文）时间：自2015年3月1日开始至2015年5月29日止3设计（论文）所用资源和参考资料：《工业机器人》、《机器人学》、《机器人运动学基础》、《Solidworks2013从入门到精通》4设计（论文）应完成的主要内容：（1）介绍工业机器人的发展现状及前景；（2）工业机器人工作空间计算和简单的运动学分析；（3）工业机器人结构设计及关键零部件计算；（4）对关键零部件进行强度校核。
5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）相关的计算、设计框图及仿真图；（2）论文不少于35页；（3）说明书中必须有与设计（论文）内容或专业相关的不少于1500字的外文资料翻译。
6发题时间：2015年3月1日指导教师：学生：湖南科技大学毕业设计（论文）指导人评语[主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价]指导人：（签名）年月日指导人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）评阅人评语[主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价]评阅人：（签名）年月日评阅人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）答辩记录日期：学生：学号：班级：题目：提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1设计（论文）说明书共页2设计（论文）图纸共页3指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：[主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价]答辩委员会主任：（签名）委员：（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩：总评成绩：摘要六自由度工业机器人是一种高精度的自动化机械，具有高度的灵活性以及平稳性。
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六关节型机器人，又称之为“六自由度型机器人”。
是我们大型工业生产中，使用相当广泛的一种机器人
如图所示的，为一个基本的六关节型机器人，亦是最常见的六关节型机器人。
其基本结构为由六个转轴，组成的空间六杆开链结构机器人。
由七个部件和六个关节连结而成的，拥有六个自由度，每个自由度均为旋转关节，具有与外界交互性能良好的开式结构。
由此例，我们可以得出，该类机器人的机械结构部件由主要是以三个主要部件所组成：
机身部件、手臂部件、手腕及手部部件所组成的。
绝大多数的六关节型机器人都是以机座回转式的机身部件为基础，他的作用是直接连接、支承和传动机器人的主要运动机构。
而六关节类的机器人通常是用在汽车或者其他较大型设备的生产流水线里，需要一套运动范围相对较大且可以有效率的进行生产的机器人设备，这也是六关节机器人通常使用回转式机座型机身的原因。
连结在机身上进行承载传动的，则是该类机器人最主要的部分，亦是关节使用最多的运动机构，通常为机械臂形式的手臂部件。
通常手臂部件是由与机身部件相连接的大臂带动的第二关节、第三关节和小臂与手部组成的第四关节所形成的，手臂部件的作用是支承腕部和、手部，并带动它们在空间运动。
手臂部件（简称“臂部”），在六关节类的机器人身上，比较常使用的是“转动伸缩型臂
部结构”。
该类臂部的好处，是使得机器人的工作范围大适应性广，配合其大角度大范围的手腕活动，使它工作时位置的适应性很强。
是在实际生产中，对于大幅度提高大型设备的生产效率，起到了一个良好的基础作用。
而在整套机械结构末端的，是其腕部及其手部部件，主要是由腕部与臂部连结的第四关节和手部自身旋转或者夹持所用到的第五、第六关节所组成的。
它的主要作用是确定手部的作业方向，而多数将腕部结构的驱动部分安排在小臂上。
要确定手部的作业方向，一般需要三个自由度，这三个回转方向为：
(1) 臂转：绕小臂轴线方向的旋转。
（第四关节的旋转）
(2)手转：使手部绕自身的轴线方向旋转。
（第五关节的旋转）
(3)腕摆：使手部相对于臂进行摆动。
（第六关节的旋转）
在实际的生产中，这套部件决定了该类型机器人在操作流水线上的生产方式，机器人的
手部是最重要的执行机构，是实际生产中最重要的一个环节，他决定了产品生产的效率和质量。
在工业生产中用到的六关节类机器人，通过运用不同类型的手部进行着各种直接的生产操作。
总体而言，六关节型机器人其第一关节旋转轴（基座旋转轴）、第四关节旋转轴、第六关节
旋转轴（手腕端部法兰安装盘的旋转中心）在同一个平面内；第二关节旋转轴、第三关节旋转轴以及第五关节旋转轴互相平行，
而且与前面提到到平面垂直；另外，还需要保持四关节旋转轴线、
第五关节旋转轴线以及第六关节旋转轴线相交于一点。
采用该种结构的工
业机器人可以使得其运动学算法最为简单可靠。