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。
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
圆柱坐标型机械手建模
圆柱坐标型机械手建模圆柱坐标型机械手是一种机械设备，常用于工业领域中的物料搬运、装配和加工等任务。
它具有一组关节和臂架，可以在三个坐标轴上自由移动，并通过各个关节的转动来改变姿态和位置。
本文将详细介绍圆柱坐标型机械手的建模过程。
1. 机械手的几何结构圆柱坐标型机械手由三个主要组成部分构成：基座、臂架和末端执行器。
•基座是机械手的底座，固定在工作台上，并提供机械手的支撑和稳定性。
•臂架由一系列关节连接而成，通常是旋转关节。
每个关节可以通过电机或液压系统驱动，实现旋转运动。
•末端执行器位于机械手的末端，用于执行特定的任务，例如抓取、旋转或加工物料。
机械手可以通过旋转关节的角度、关节之间的长度以及末端执行器的位置来确定其在三维空间中的姿态和位置。
2. 圆柱坐标系圆柱坐标型机械手通常使用圆柱坐标系来描述其在空间中的姿态和位置。
圆柱坐标系由三个主要参数构成：半径r，极角$\\theta$和高度z。
•半径r表示机械手在轴向平面上的距离。
•极角$\\theta$表示机械手相对于参考方向的旋转角度。
•高度z表示机械手在垂直轴向上的位置。
通过控制半径r、极角$\\theta$和高度z的值，可以精确控制机械手在三维空间中的位置和姿态。
3. 圆柱坐标型机械手的建模在建模过程中，需要确定机械手的几何参数和运动范围。
可以利用几何学和运动学的原理来建立机械手的数学模型。
•几何建模：根据机械手的几何结构和坐标系，在三维空间中定义机械手的位置和姿态。
通过确定关节参数和末端执行器的尺寸和形状，可以建立机械手的几何模型。
•运动建模：根据机械手的运动自由度和关节参数，确定机械手的运动规律。
通过分析机械手的运动链式和运动学方程，可以描述机械手关节之间的运动关系，从而实现对机械手的运动控制。
建立好机械手的数学模型后，可以通过数值计算或仿真软件进行模拟。
在模拟过程中，可以改变机械手的关节角度和运动范围，观察机械手的运动轨迹和姿态变化。
4. 圆柱坐标型机械手的应用圆柱坐标型机械手广泛应用于工业领域中的自动化生产线。
三自由度搬运机械手的设计(含CAD图纸)
轴承坯料搬运机械手的设计摘要机械手是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。
采用机械手是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。
它是一种模仿人体上肢的部分功能，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装备。
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，改善劳动条件，提高劳动生产率和生产自动化水平。
工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，采用机械手是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。
本课题的主要内容是采用机械设计原理，进行三自由度搬运机械手的设计，熟悉三自由度机械手的运用场合和相关的设计步骤。
机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度，提高生产效率。
结合三自由度设计的各方面的知识，在设计过程中学会怎样发现问题．解决问题.研究问题。
并且在设计中融入自己的想法和构思，提高自己的创新能力。
尽力使机械手使用方便，结构简单。
关键词：机械手，输送工件，搬运，三自由度- 1 - / 47ABSTRACTManipulator is a mechanical technology and electronic technology with the combination of high technology products. Using manipulator is to improve product quality and productivity, and realize the automatic production process, improve working conditions, and reduce labor intensity of a kind of effective method. It is an imitation of the upper part of the human body function, according to the predetermined requirement or parts transportation holding tools for operation of the automation technology and equipment. Robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce the labor intensity, improve working conditions, and improve labor productivity and production automation level. Industrial production often appears in the handling of the heavy and long-term, frequent, drab operation, USES the manipulator is effective; In addition, it can be in high temperature, low temperature, deep water, the universe, radioactive and other toxic, pollution environment conditions operation, more shows its superiority, with broad prospects.This topic is the main content of the mechanical design principle of the design of the three doff carrying manipulator, familiar with three degrees of freedom of the manipulator using occasions and related design steps. Robots can replace a lot of repeatability of physical labor, so as to reduce the labor intensity, improve production efficiency. Combined with three degrees of freedom all aspects of design knowledge, in the design process learn how to find out the problem to solve problems. And in the design idea and into their idea, improve their innovation ability. Try to make robots easy to use simple structure.Key Words: Manipulator, conveying work piece, handling, three degrees of freedom目录摘要................................................................ - 1 - ABSTRACT.............................................................. - 2 - 1 绪论................................................................ - 5 -1.1机械手的历史.................................................. - 5 -1.2 机械手的组成.................................................. - 6 -1.3 机械手的分类.................................................. - 7 - 第2章搬运机械手机构总体方案设计..................................... - 9 -2.1 搬运机械手设计要求............................................ - 9 -2.2 基本设计思路.................................................. - 9 -2.2.1 系统分析................................................ - 9 -2.2.2 总体设计框图........................................... - 10 -2.2.3 搬运机械手的基本参数................................... - 11 -2.3 搬运机械手结构设计........................................... - 11 -2.3.1 搬运机械手坐标形式的选择............................... - 11 -2.4 机械手材料的选择............................................. - 12 -2.5机械臂的运动方式............................................. - 12 -2.6 搬运机械手驱动与控制系统分析................................. - 13 -2.6.1 驱动方式的选择......................................... - 13 -2.6.2 控制系统的选择......................................... - 13 -3 搬运机械手机械结构设计与计算....................................... - 14 -3.1 搬运机械手手爪设计........................................... - 14 -3.2 搬运机械手手臂设计........................................... - 14 -3.2.1 伸缩机械臂的设计....................................... - 14 -3.2.2 升降机械臂的设计....................................... - 15 -3.2.3 旋转机械臂的设计....................................... - 17 -3.3 手部设计计算............................................. - 17 -3.4 腕部设计计算............................................. - 21 -3.5 液压驱动系统设计......................................... - 22 -3.6机身结构的设计........................................... - 24 -3.6.1 电机的选择............................................. - 25 -3.6.2 螺柱的设计与校核....................................... - 25 -3.6.3 机座的机械结构示意图................................... - 26 -4 搬运机械手控制系统的设计........................................... - 28 -4.1 PLC简介..................................................... - 28 -4.2 PLC工作原理................................................. - 28 -4.3 PLC机型的选择............................................... - 28 -4.3.1 PLC机型的选择......................................... - 28 -4.3.2 所选PLC的参数......................................... - 29 -- 3 - / 474.4 PLC控制面板的拟定........................................... - 30 -4.5 机械手工艺过程和控制方案的确定............................... - 31 -4.5.1 明确工艺要求........................................... - 31 -4.5.2 确定工艺流程........................................... - 31 -4.5.3 传感器选择............................................. - 34 -4.5.4 确定I/O点数........................................... - 34 -4.6 PLC程序编写................................................. - 35 -4.6.1 总体程序设计思路....................................... - 35 -4.6.2手动程序的编写......................................... - 36 -4.6.3 复位程序的编写......................................... - 37 -4.6.4 自动控制程序的编写..................................... - 39 -5 结论............................................................... - 42 - 参考文献............................................................. - 43 - 致谢............................................................... - 44 -附录：含全套CAD图纸如下，如需联系作者QQ 4013398281 绪论随着人类科技的进步，社会经济的发展，机器人学成为近几十年来迅速发展的一门综合学科。
机械毕业设计1277三自由度圆柱坐标型工业机器人设计
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。
3自由度机械手设计
3自由度机械手设计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。
三个自由度工业机器人
工业机器人课程作业报告院（系）名称：机电工程学院作业题目：三自由度圆柱坐标工业机器人班级：姓名：学号：目录1.作业要求 (3)1.1作业目的 (3)1.2作业数据 (3)1.3运动功能图符号(本次作业圆柱坐标型) (3)2.总体设计 (4)2.1组成和关系 (4)2.2设计分析 (4)3.机械系统的设计 (5)3.1末端执行机构设计 (5)3.2手臂机构的设计 (6)3.3机座机构的设计 (7)4.附件 (8)4.1总装图 (8)1.作业要求1.1作业目的1：综合运用所学只是，搜集有关资料，独立完成三自由度圆柱坐标工业机器人操作机和驱动但愿的设计工作。
如驱动元、传动机构、腰身、手臂、手腕、手抓、关节、抓钳尺寸、开合力大小等，至少设计两种以上方案。
(注意：此处无需考虑传感器，控制部分和力学计算)1.2作业数据1：自动线上A、B两条输送带之间距离为1.5米，需设计工业机器人将一个零件从A带送到B带。
2：零件尺寸：内孔Φ100、壁厚10、高100。
3：零件材料：45钢1.3运动功能图符号(本次作业圆柱坐标型)表1-1 运动功能图符号(GB/T12643-90)2.总体设计2.1组成和关系工业机器人在GB/T12643-90定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业”由执行系统、驱动系统、控制检测系统及检测系统组成。
a)机械系统：是执行完成抓取工件，实现抓取动作的必需的机构。
内容保函如下：手部(末端执行器)：直接抓取工件或夹具机构。
臂部：支承腕部的机构，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。
腕部：连接手部和臂部的机构，作用为调整及改变手部的动作。
机座：是机器人的基础部件支承手臂的部件，并承受相应的载荷，作用是带动臂部转动、升降动作。
b)驱动系统：为执行系统提供动力。
常用传动方式有机械传动、液压传动、气压传动和电传动。
c)控制系统：控制驱动系统，使执行系统按照产品的要求以及抓取的工件要求进行相应的动作，当发生系统错误或执行故障时发出提示报警信号。
3个自由度机械手设计
目录第一章引言 (2)1.1 机械手的分类 (2)1.2 机械手的组成 (5)1.3 应用机械手的意义 (7)第二章总体技术方案及系统组成2.1 原始数据 (8)2.2 工作要求 (8)2.3 系统组成 (9)2.4 总体技术方案 (9)2.4.1 动作分析 (10)2.4.2 手部 (10)第三章机修手的液压部分3.1 液压系统的工作原理 (12)3.2 液压传动的工作特性 (12)3.3 液压系统的组成 (12)3.4 液压系统的优,缺点 (13)第四章回转装置的总体组成和结构设计4.1 回转装置的组成 (15)4.1.1 执行件 (15)4.1.2 传递件 (15)4.1.3 驱动件 (15)4.1.4 控制系统 (16)第五章机械传动方案的设计与计算5.1 小车的主要组成部分 (17)5.2 同步带传动方式优缺点 (17)5.3 驱动动力源 (18)5.4 机械方案的传动设计计算 (19)5.4.1 设计数据确定 (19)5.4.2 同步带的结构设计计算 (20)总结与展望 (25)设计小结 (26)致谢 (27)参考文献 (28)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的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、喷绘、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。
本课题将设计一台三自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。
首先。
本课题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。
AbstractIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises to improve production efficiency, guarantee the product quality, the general importance of the production process automation, industrial robots for automatic production line important members, the company gradually recognized and used. Industrial robot technology and applications to some extent reflect the level of a country's level of industrial automation, at present, the industrial robot is mainly responsible for the welding, printing, handling and stacking repetitive labor intensity and great work, work are normally taken to teaching and playback mode.This topic is to design a industrial robot with three DOFs, used for the transportation of materials to the stamping device. First. This topic will be the design of robot base, big arm, small arms and the structure of the manipulator, and then select the appropriate drive, driving mode, build the structure of robot platform.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。