四自由度搬运物料工业机器人的设计本科毕业设计
搬运码垛机器人毕业设计
目录1绪论 01.1研究背景及意义 01.2国内码垛机器人的研究现状 (1)1.3码垛机器人的发展趋势 (3)2设计方案 (4)2.1设计要求 (4)2.2 机构组成 (4)2.3码垛机器人路径规划 (6)3起升机构设计计算 (8)3.1 起升机构电机选择 (8)3.1.1 起升机构电机容量选择 (8)3.2 起升机构钢丝绳选择选择与计算 (9)钢丝绳绳经的选择 (9)3.3卷筒的设计与计算 (10)3.4 起升机构减速器选择 (11)3.5起升机构联轴器的选择 (13)4旋转机构设计计算 (15)4.1旋转机构电机选择 (15)4.2旋转机构减速器选择 (17)4.3旋转机构联轴器的选择 (19)4.4旋转机构齿轮传动设计 (20)4.5旋转机构齿轮传动强度校核 (23)4.6旋转机构轴的设计计算 (26)最小轴径确定 (26)二轴的结构设计及强度校核 (27)二轴上深沟球轴承校核 (32)5堆垛机构设计计算 (33)5.1堆垛机构电机选择 (33)5.2堆垛机构平台设计 (35)5.3槽轮机构设计 (35)5.4堆垛机构减速器的选择 (36)5.5堆垛机构联轴器的选择 (37)5.6堆垛机构轴最小直径计算 (38)结论 (40)致谢 (41)参考文献 (42)1绪论1.1研究背景及意义随着现代社会科技水平日新月异的变化，机器人技术已经渗透到人类生活中的方方面面，演着不可替代的角色。
机器人是多个学科技术综合而成的产物，其应用程度已经逐渐宽广起来研究机器人已经成为了当今时代的趋势。
机器人的应用状况已经可以作为权衡一个国家现化程度高低的重要因素。
从机器人工作的环境来对机器人进行分类，大体上能划分成两种，就是工业机器人与特种机器人。
工业机器人是一种具有良好性能的自动化机械装置，是典型的含有很高科技含量的机电一体化产品。
它在提高产品质量、增加经济效益、提高生产率方面起着重要作用。
同时工业机器人的发展情况也是日新月异的，所以研发工业机器人是一件刻不容缓的事情。
毕业设计四自由度机器人
毕业设计四自由度机器人毕业设计题目：四自由度机器人的设计与控制一、引言四自由度机器人是一种常见的工业机器人，其基础结构包括底座、臂部、腕部和末端执行器。
在工业生产线上，四自由度机器人广泛应用于装配、焊接、喷涂等需要精确操作的工艺环节。
本篇毕业设计论文将对四自由度机器人的设计与控制进行研究和分析。
二、机器人的设计1.结构设计：为了实现机器人的灵活和精确操作，我们将设计一个四自由度机器人。
该机器人的结构由底座、臂部、腕部和末端执行器组成。
底座提供了机器人的稳定性和机动性，臂部负责机器人进行大范围的空间运动，腕部通过关节连接臂部和末端执行器，末端执行器完成具体的操作任务。
2.运动学设计：机器人的运动学设计是机器人设计中的重要一环。
我们将采用世界坐标系和本体坐标系的方法，建立逆运动学模型和正运动学模型，以实现机器人的运动控制。
具体设计中，我们将采用符号法推导机器人的运动学方程，通过求解并进行数值模拟验证，实现机器人的精确运动。
三、机器人的控制1.控制系统设计：机器人的控制系统是实现机器人精确操作的核心。
我们将采用开环控制和闭环控制相结合的方法，设计机器人的控制系统。
开环控制系统通过预设关节角度实现机器人的运动，闭环控制系统通过传感器反馈实时监控机器人的运动，并进行误差修正，实现机器人的精确操作。
2.控制算法设计：我们将采用PID控制算法对机器人进行控制。
PID控制算法具有稳定性好、计算简单等优点，适用于工业机器人的控制。
我们将根据机器人的运动学特性，根据机器人的误差信号设计合适的PID参数，以优化机器人的运动轨迹和操作精度。
3.编程与仿真设计：为了验证机器人的设计和控制系统的有效性，我们将使用MATLAB和Simulink进行编程和仿真设计。
通过编写机器人运动学模型和控制算法的代码，并在Simulink中搭建机器人的控制系统，实现机器人精确操作的仿真。
四、总结本篇毕业设计论文对四自由度机器人的设计与控制进行了研究和分析。
四自由度机器人毕业设计论文
四自由度工业机器人毕业设计摘要近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。
我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。
本文简要介绍了工业机器人的概念，机器人的组成和分类，机器人的自由度和坐标形式，气动技术的特点。
对机器人进行总体方案设计，确定了机器人的坐标形式和自由度，确定了机器人的技术参数。
同时，设计了机器人的夹持式手部结构，设计了机器人的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩和回转气缸的驱动力矩。
设计了机器人的手臂结构。
设计出了机器人的气动系统，绘制了机器人气压系统工作原理图，对气压系统工作原理图的参数化绘制进行了研究，大大提高了绘图效率和图纸质量。
关键词：工业机器人，机器人，气动，单片机控制ABSTRACTIn the past twenty years, robotic technology is developing very fast, all sorts of use robots in various fields can be used widely. Our country in the research and application of robots and industrial countries, there is still a gap compared, therefore, the research and design various USES robots especially industrial robots, promote the use of robots is a realistic significance.This paper briefly introduces the concept of industrial robot, robot, robot composition and classification of freedom and coordinates, the characteristics of pneumatic technology. The general scheme design of robot, robot was determined, and freedom of coordinates the technical parameters of robot was determined. Meanwhile, the design of the robot hand gripping type of the robot structure, design wrist structure, calculated the wrist rotation for driving moment and rotary cylinder driving moment. Design a robot arm structure.Designed a robot pneumatic system, painted robots working principle diagram, pneumatic system of pneumatic system working principle diagram parametric drawing was studied, and greatly improve the efficiency of drawing and drawings quality.Keywords: industrial robot, robot, pneumatic, SCM control毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。
毕业设计四自由度机器人
四自由度工业机器人设计
2014年6月26日
工业机器人主 要技参数
目录
工作空间
机器人结构 设计改进
机构关键 部件校核
工业机器人主要技术参数
本体构造
参数 四自由度关节型
载荷
100kg
s轴 ±180°
动作 L轴 范围
U轴
T轴
－20°~85° ±50° ±360°
最大速度
本体重量 功率
参数
s轴
120°／ s
L轴
120°／ s
U轴
120°／ s
T轴
180°／ s
750kg
≤10kw
机器人整体设计改进
腕部电机 肘部电机
肩部电机
腰部电机 机械手方案改进设计，底座、弹簧平衡缸和腰部结构优化，各关节连接部分的干涉消除
电机和减速器的选型(T轴和S轴)
T轴
S轴
电机型号 SGMGH-20A2A41 SGMGH-55A2A41
机构的具体设计（机械手的机构设计）
改进
利用气动控制气缸的伸缩，进而控制机械手的抓取
机构的具体设计（机械手的机构设计）
机械手三爪气缸
三爪气缸型号MHSL 3-63D Y59BLS
机构的具体设计（弹簧平衡缸的设计）
由缸体、轴承、活动压盖、螺栓、导杆、拉杆、弹簧组成
工作空间
机器人的三维工作空间
XOY平面工作空间
XOZ平面工作空间
机械臂受力分析校核
应力
位移
应变
机构设计（机械臂展示） 改 进 之 后
电 额定转速 机 (r/min)
1500
额定功率 1.8kw
额定转矩 11.5N.m
毕业设计(论文)-四自由度码垛机器人控制系统设计[管理资料]
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学士学位论文Shandong University Bachelor’s Thesis论文题目：四自由度码垛机器人控制系统设计姓名学号20061701027学院控制科学与工程学院专业自动化年级2006指导教师2010 年6月1日摘要作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来，码垛技术获得了飞速的发展。
码垛机器人以其高效、高精度、占地范围小等优势正在快速占领整个码垛行业。
特别是西方发达国家几乎完全替代了人工码垛。
从“七五”科技攻关开始，我国将工业机器人及应用工程作为研究开发重点之一，实现了中国机器人产业的“从无到有”。
然而，从整体上说我国的机器人产业还很薄弱，机器人的研究依然任重而道远。
本文就是立足于此，以具体工程实践为研究背景，进行四自由度码垛机器人控制系统的研究，以实现对码垛机器人的运动控制，满足生产实践需求。
论文的主要内容如下：1、在绪论中简要介绍了本论文的研究背景及意义。
2、通过分析机器人机械结构，获得机器人的几何模型，通过运动分析，得到运动变换关系式。
3、根据码垛控制需求，选择位置伺服控制，并进行相关MATLAB仿真。
4、以ACR9000多轴运动控制器和MT6100iV人机界面为核心控制器件进行相关系统硬件线路设计，共分为以下几个部分：相关器件选型、电气线路连接、控制器与伺服信号线路连接、触摸屏与控制器线路连接5、以ACR View和EB8000为开发工具，分别对下位机程序和人机界面进行开发。
其中下位机程序运用AcroBasic语言进行模块化编程以实现示教、回零、再现、手动运行、参数设置等功能。
上位机通过将相关控件与相应地址相链接实现对下位机的控制。
关键词：码垛机器人，控制系统，位置伺服控制，AcroBasic语言，模块化编程AbstractAs a new technology in logistics automation area, in recent years, stacking technology has experienced a rapid growth. With their high performance, high precision and small area advantages, stacking robots are quickly capturing the entire palletizing industry. Especially in the western developed countries, palletizing robots almost completely replaced the manual stack. Since the tackle hard-nut problems in science and technology during China's Seven Five year Plan period,Our country has made torch-plan projects and application of industrial robots as one of the key research and development has successfully realized robot industry "from nonexistence to pass into existence" plan. However, on the whole, our country's robot industry is still underdevelopment, robots' research is still a long way to go. This article talks about the control system of robot to realize motion control of the robot based on the engineering practice with specific background. Our purpose is to meet the industry requirement. Specific content of the article are as follows:1. The introduction of a brief background of this thesis and its significance.2. Through the analysis of the robot's physical construction, get a simplified geometric model ,and with kinematic analysis ,get transformation equation of the end effector.3. Choose the way of Servo-position Control to meet the need of the stack.4. Use ACR9000 controller and MT6100iV HMI as the core of control device to design the hardware system. This part is divided into the following several parts: related components selection, electrical wiring connections, the connection between controller and servo driver，controller and the HMI5. Using the development software of ACR View and EB 8000 to design the control program and interface of the HMI. The control program is designed by AcroBasic language. We can use the program to realize the function of teach, playback, back home, manual operation, parameters settings and so on. Besides, HMI control the controller by the connection of ActiveX with relevant BIT address.KEYWORDS :stacking robot，control system，servo-position control，AcroBasic language ，modular program目录第一章绪论 (1)研究背景 (1)国内外发展现状 (2)论文研究意义和目的 (2)本文主要研究内容 (3)本章小结 (3)第二章码垛机器人机械结构及其运动学分析 (4)码垛机器人的机械结构 (4)运动学分析 (5)本章小结 (7)第三章伺服控制方式选择及仿真 (8)伺服驱动系统要求 (8)AC伺服电机工作原理 (8)伺服控制方式选择 (9)位置伺服系统 (10)机器人MATLAB仿真 (11)本章小结 (13)第四章硬件控制系统设计 (14)硬件系统控制结构 (14)主要控制部件选型 (14)通信线路连接 (16)触摸屏与ACR9000的连接 (16)ACR9000与伺服驱动器之间的连接 (17)其它信号线路 (18)电气线路连接 (18)本章小结 (18)第五章软件系统设计 (19)下位机软件开发 (19)ACR View开发环境介绍 (19)系统参数配置流程 (19)AcroBasic语言及相关编程介绍 (33)软件编写流程 (35)典型程序介绍 (35)运动监视、调试 (37) (42)EB8000开发软件介绍 (42) (43)本章小结 (44)第六章系统测试 (45)结束语 (46)致谢 (48)参考文献 (49)附录 (50)附录1. 控制柜电气线路连接图 (50)附录2. 调试过程图片 (51)附录3. 成品实物图 (52)附录4. 下位机程序 (52)第一章绪论研究背景所谓码垛就是按照集成单元化思想，将一件件物料按照一定的模式堆码成垛，以便使单元化的物垛实现存储、搬运、装卸运输等物流活动[1]。
四自由度物料搬运工业机器人设计——任务书
[3]原焕林.搬运机器人智能控制系统的设计[D].上海交通大学,2014.
[4]张红霞.国内外工业机器人发展现状与趋势研究[J].电子世界,2013.
[5]李晓冬.并联机器人的特点及应用分析[J].黑龙江科技信息,2008.
4.撰写初稿，基本完成毕业设计初稿框架，开始做实验；
5.继续撰写毕业设计初稿,继续开展实验，整理实验数据；
6.完成毕业设计初稿，原理图等支撑文件；
7.完善毕业设计内容，规范格式，全部完成毕业设计工作；
8.打印、上交毕业设计材料；准备毕业设计答辩。
五.参考文献:
[1]毛丽.码垛搬运机器人机构设计与仿真[D].南京林业大学,2014.
[6]刘凤臣,姚赟峰,刘黎明,金杰锋,林纪良,郭湖兵.高速搬运机器人产业应用及发展[J].轻工机械,2012.
[7]王智兴,樊文欣,张保成,史源源.基于Matlab的工业机器人运动学分析与仿真[J].机电工程,2012.
指导教师（签字）：
年月日
教研室主任（签字）：
年月日
3.对并联机器人结构的主要参数进行初步计算；
4.对主要构件的受力部分进行有限元分析，对该结构进行优化设计；
5.完成毕业设计的全部工作，并审查。
四、进度安排：
1.课题调研，文献检索（中英文），整理文献，撰写开题报告；
2.制定毕业设计技术方案，完成外文翻译任务；
3.列出毕业设计章节提纲，准备所需实验设备；
3.到实地考查，开展有关研究；
4.做出毕业设计图，写出8000字以上毕业设计文字说明；
5.请专业技术人员对毕业设计方案进行指导与评议；
6.完成一篇3000汉字以上的外文资料的翻译工作。
四自由度机器人设计及运动学动力学分析毕业设计(论文)
毕业设计(论文)四自由度机器人设计及运动学动力学分析毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
四自由度机器人设计及运动学动力学分析毕业设计(论文)
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3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订教研室（或答辩小组）及教学系意见摘要:在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
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，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。
首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
关键词：机器人示教编程伺服制动The Design of an Industrial Robot with Four DOFs for CarryingMaterial for a PunchAbstract:In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance theproduction efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jobs of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used tocarry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servocontrol, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point.Key words:Robot；Playback；Servocontrol；Brake引言机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械手有2～3个自由度。
控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。
同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。
控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。
第1章绪论1.1 机器人概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。
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。
专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。
但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。
机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。
“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。
机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。
有些机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。
目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机器人称为通用机器人。
简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。
机器人一般分为三类。
第一类是不需要人工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。
它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。
它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。
第二类是需要人工操作的，称为操作机（Manipulator）。
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器人来进行探测月球等。
工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。
第三类是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。