工业机器人_三自由度直角坐标工业机器人设计讲解
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。
基于步进电机的三自由度直角型机械手设计
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。
其中工业机器人是相对较新的机械电子设备，它在现代化工业生产中正扮演 着越来越重要的角色。
全自动化工业机械手有能模仿人手和手臂的某些动作功能，用固定程序搬运，抓取 物体或操作工具的自动操作装置，机械手主要由手部和运动机构组成。
按照搬运或者抓 去的物件形状、尺寸、重量、材料和作业环境等的要求的不同，手部有几种结构形式， 吸附型，托持型和夹持型等。
运动机构的功能是使手部完成各种动作：移动、转动等运 动来实现规定的动作。
机构的伸缩、升降和旋转等运动方式，称为机械手的自由度。
本 设计选用三自由度直角坐标型工业机器人，其工作方向为四个直线方向，是通过滚珠丝 杠来实现小臂与大臂的伸缩，升降。
而这些动作都是通过在步进电机的带动下进行。
在 控制器的作用下， 它将执行将工件从一条流水线抓取并运送到另一条流水线这一简单的 动作。
本篇论文主要对机械手的传动部分滚珠丝杠与步进电机进行了计算， 计算内容主要 包括工业机器人的传动机构的设计，以及其机械传动装置的选择。
另外对控制部分的描 述主要有单片机的控制方案，接线原理图以及程序流程图等。
关键词：三自由度，直角坐标，工业机器人ABSTRACTIndustrially, automatic control systems have a wide range of applications, such as automation machine tool control, computer systems, robotics. The industrial robot is a relatively new machinery and electronic equipment in the modern industry, it is playing a more and moreimportant role.Fully automated industrial machinery hand can imitate hand and arm some action function, with fixed procedures handling, grasping an object or operation tool for automatic operation device, the manipulator is mainly composed of a hand and the movement mechanism. According to the transporting or catch to object shape, size, weight, materials and working environment of the different requirements, hand there are several structure forms, adsorption, supporting and clamping type. Motion mechanism is the function of the hand to complete a variety of actions: moving, rotating movement to achieve the required action. Body stretching, lifting and rotating movement, known as the degrees of freedom manipulator. The design of three degree of freedom industrial robot in Cartesian coordinate type, which is composed of four linear direction, through ball screw to realize small arm and the arm stretching, lifting. These movements are all based on the stepper motor driven by. Under the action of the controller, it will perform a workpiece from one production line to crawl and transported to another line of this simple action.This paper focuses on the manipulator drive portion of the ball screw and the stepping motor were calculated, calculate the content mainly includes industrial robot design of the transmission mechanism, and the mechanical transmission device selection. In addition to the control part of the description there are singlechip microcomputer control scheme, the wiring diagram and the program flow diagram.Key words ：three degrees of freedom,Cartesian coordinates , industrial robot目 录1 绪论 (1)1.1 装配机械手的概述.................................................................错误！未定义书签。
直角坐标机器人结构设计
直角坐标机器人结构设计摘要随着现代工业的不断发展，不但使传统工业的生产发生了根本性的变化，而且也对人类社会的生产产生了重大的影响。
机器人作为现代工业生产的一种工具，不仅大大的提高了生产力，而且把人从各种生产环境中解放出来。
目前，许多国家的工业机器人技术得到很好的发展，我国也在进行深入的研究和开发。
本文主要是设计一个搬运工件的直角坐标机器人，它可以应用在自动化生产线上与人工相比具有速度快、定位精度准确的特点，具有很强的实用性能。
作为直角坐标机器人结构设计，本文用了第二、三、四章详细阐述了设计过程，第五章简要介绍了机器人的控制部分，第六对机器人进行了效果分析，并总结了直角坐标机器人的特点。
设计不拘泥于常规，使产品具有更广阔的发展空间，必将成为机器人的发展趋势。
Cartesian Robot DesignAbstractWith the continuous development of modern industry,not only the production of traditional industries has undergone a fundamental change, but also the production of human society has had a major impact. Robot as a tool of modern industrial production, not only greatly increase the productivity and the production environment from a variety of liberation. Currently, many countries have very good industrial robot technology development, China is also in-depth research and development. Porters of this paper is to design a piece of the Cartesian coordinate robot, which can be used in automated production lines and artificial compared to fast, accurate positioning accuracy characteristics,with strong practical performance.As the design of the right-angle coordinate robot,the text uses the second the third and the forth chapters to say the process of the design.The five chapter briefly describes some of the robot's control. The sixth chapters carried out effectiveness analysis and summarizes the characteristics of a Cartesian coordinate robot.The design makes the products have much more development,which must be the current of robot's development.Key words: Straight line Cartesian coordinate Structure目录摘要 (I)ABSTRACT (II)一绪论 01.1直角坐标机器人概念 01.2直角坐标机器人的应用及分类 (2)1.3当前机器人技术的发展 (2)1.3.1机器人发展的概况 (2)1.3.2直角坐标机器人的发展情况 (5)1.4设计基本步骤 (5)1.5本文研究的主要内容 (6)二直角坐标机器人的工作原理 (7)2.1实现三个自由度运动的基本原理 (7)2.2末端执行器抓取工件的基本原理 (7)2.2.1概述 (7)2.2.2手指式手部的工作原理 (8)三直角坐标机器人结构设计 (10)3.1直角坐标机器人外形方案的确定 (10)3.2直角坐标机器人传动及驱动方式的选择 (10)3.2.1直角坐标机器人传动方式的选择 (10)3.2.2直角坐标机器人驱动方式的选择 (11)3.3直角坐标机器人外形尺寸的确定 (11)3.4传动部件、驱动部件类型及主要参数的选择 (12)3.4.1传动部件参数的选择 (12)3.4.2驱动部件的选择 (19)3.5其它辅助部件的设计 (22)3.5.1直线导轨的选择 (22)3.5.2滚动轴承的选择 (23)3.5.3机器人拖链的选择 (24)3.5.4其它部件的设计 (24)3.6机械手结构设计 (24)3.6.1机械手的结构特点 (24)3.6.2机械手的手部尺寸及抓取范围 (25)3.6.3机械手传动装置的设计 (25)3.6.4机械手驱动装置的选择 (27)3.6.5机械手其它部件的选择 (27)四机器人的校核及结构的可靠性分析 (28)4.1轴承的校核 (28)4.2各主要功能部件的可靠性分析 (28)4.3各自由度间连接件的可靠性分析 (29)4.4轴的校核计算 (30)五机器人的控制 (32)5.1步进电机的概况 (32)5.2步进电机的工作原理 (32)5.3步进电机的控制 (33)六直角坐标机器人的效果分析及技术评价 (34)6.1直角坐标机器人的效果分析 (34)6.1.1直角坐标机器人与人工操作的比较 (34)6.1.2采用机器人工作带来的问题 (34)6.2直角坐标机器人结构的技术评价 (34)6.2.1整体结构技术评价 (34)6.2.2零件的技术分析 (35)参考文献 (37)一绪论1.1直角坐标机器人概念直角坐标机器人概念：工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系、多用途的操作机。
机器人机身及行走机构
2．回转与俯仰机身：
机器人手臂的俯仰运动，一般采用活塞 缸与连杆机构实现。手臂俯仰运动用的 活塞缸位于手臂的下方，其活塞杆和手 臂用铰链连接好，缸体采用尾部耳环或 中部销轴等方法与立机器人行走机构
1．行走机构的构成：
机器人行走机构通常由驱动装置、传 动装置、位置检测装置、传感器、电 缆和管路等构成。
构成：
主要由升降缸体、齿条缸、齿轮套筒、固定立柱和升降回 转台等部分构成。
工作原理：
回转运动：
齿条缸的齿条活塞杆直线运动→齿轮套筒6回转运动→齿轮 套筒6 和升降缸体2及升降回转台1固联→升降回转台1 回转
升降运动：
升降缸体2、齿轮套筒6、回转台1整个一起升降运动
齿条活塞缸—升降缸机构图例：
履带式行走机器人图例（1）：
履带式行走机器人图例（2）：
6．脚踏行走机器人：
脚踏行走机器人即步行机器人，典型特 征是不仅能在平地上，而且能在凹凸不 平的地上步行，能跨越沟壑，上下台阶， 具有广泛的适应性。主要设计难点是机 器人跨步时自动转移重心而保持平衡的 问题。
两足步行机器人图例：
控制特点：
四足机器人步行 时，一只脚抬起， 三只脚支撑自重， 这时有必要移动 身体，让重心落 在三只脚接地点 组成的三角形内。
四足机器人图例（2）：
四足机器人图例（3）：
7．其它行走机器人：
爬壁机器人： 车轮和脚混合式机器人：
行走机构设计的注意点：
平稳性-静态和动态的平稳 灵活性—转向、越障、爬坡
这种类型的机器人 主体结构的三个自 由度均为回转运动， 构成机器人的回转 运动、俯仰运动和 偏转运动。通常仅 把回转运动归结为 机身。
9、经验显示，市场自己会说话，市场永远是对的，凡是轻视市场能力的人，终究会吃亏的！21.9.1221.9.12Sunday, September 12, 2021
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自由度工程机器人
2.2.
工程机器人自主作业控制统是整个工程机器人自主作业系统的核心。通过数据通信系统，它与图像处理系统控制机取得联系，并接收由图像处理系统控制机送来的目标物体空间坐标，将物体坐标由摄象机空间坐标系转换为工程机器人坐标系，再进行运动学反解，计算出各关节角。通过电液比例换向阀控制器，它控制液比例换向阀的开口大小及阀芯移动方向来控制液压缸的伸缩快慢，从而控制工程机器人的作业。同时读取位移、压力传感器的传感器信号，经处理后作为反馈量同目标量进行比较运算，再将算的阀控信号送往电液比例换向阀控制器，如此反复运算直到整个运算结束，这就是工程机器人自主作业过程。
3自由度
3自由度串联关节型机械手结构简图如图1-2所示。
机械各个关节的自由度是由液压缸来改变的，从机构学的角度看，它们都是一个曲柄滑块机构。液由四组直线液压缸来控制串联关节型机械手的四个自由度（包括手部自由度）。整个液压系统由液压站、油路、电控比例换向阀、比例换向阀控制器和液压缸等组成，如图1–3所示。
工程机器人自主作业控制系统要做控制系统的算法研究，及控制系统的软硬件设计。其中工程机器人自主作业控制系统的算法研究我们将在第四章做详细介绍，控制系统的软硬件设计将在第五章做介绍。
三自由度圆柱坐标工业机器人详解
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计学院：机电工程学院班级：姓名：学号：1.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。
2.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片两端。
当弹性手工作时，由于夹紧过程具有弹性，就可避免易损零件被抓伤、变形和破损。
3.手臂机构的设计本设计中手臂由滚珠丝杠驱动实现上下运动，结构简单，装拆方便，还设计有两根导柱导向，以防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。
它的结构如下图。
选用轴向脚架型液压缸，活塞杆末端为外螺纹结构，手臂与末端执行器连同活塞杆一起转动。
4.腰部和基座设计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——锥环无键联轴器通过安装在支座上的步进电机和谐波齿轮直接驱动转动壳体转动，从而实现机器人的旋转运动；通过安装在顶部的步进电机和联轴器带动滚珠丝杠转动实现手臂的上下移动。
采用双导柱导向，防止手臂在滚珠丝杠上转动，确保手臂随机座一起转动。
支撑梁采用槽钢，以减轻重量和节省材料，它的结构如上图。
5.驱动方式的选择由上表知步进电机应用于驱动工业机器人有着许多无可替代的优点，如控制性能好，可精确定位，体积较小可用于程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，型号为：90BF001。
由上表知,液压驱动方式反应灵敏,可实现连续轨迹控制,液体压力高，可获得较大的输出力,因此机器人的伸缩运动采用液压驱动方式来实现,从而使机器人容易找准工件。
它的型号为Y-HG1-C50/28×100LJ1HL1Q，它的主要技术参数如下表6.工业机器人的计算机控制系统概述工业机器人具有多个自由度，每个自由度一般包括一个伺服机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。
工业机器人第四章-工业机器人结构设计
缺点
直接连结传动
直接装在关节上
结构紧凑
需考虑电机自重，转动惯量大，能耗大
远距离连结传动
经远距离传动装置与关节相连
不需考虑电机自重，平衡性良好
额外的间隙和柔性，结构庞大，能耗大
间接传动
经速比远>1的传动装置与关节相连
经济、对载荷变化不敏感、便于制动设计、方便一些运动转换
传动精度低、结构不紧凑、引入误差，降低可靠性
直接驱动
不经中间关节或经速比=1的传动装置与关节相连
传动精度高，振动小，传动损耗小，可靠性高，响应快
控制系统设计困难，对传感元件要求高，成本高
一 工业机器人总体设计
模块化结构设计 模块化工业机器人 由一些标准化、系列化的模块件通过具有特殊功能的结合部用积木拼搭方式组成的工业机器人系统。 模块化工业机器人的特点 经济性 灵活性 存在的问题 刚度比较差 整体重量偏重 模块针对性待提高
谐波齿轮传动是靠柔性齿轮（柔轮）所产生的可控弹性变形来实现传递运动和动力的。它的基本构件有：柔轮、波发生器和刚轮。三个构件中可任意固定一个，其余两个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定传动比），也可变换成两个输入，一个输出 ，组成差动传动。
当刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时，柔轮在椭圆凸轮作用下产生变形，在波发生器长轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全啮合；在短轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全脱开；在波发生器长轴与短轴区间，柔轮轮齿与刚轮轮齿有的处于半啮合状态，称为啮入；有的则逐渐退出啮合处于半脱开状态，称为啮出。由于波发生器的连续转动，使得啮入、完全啮合、啮出、完全脱开这四种情况依次变化，循环不已。由于柔轮比刚轮的齿数少2 ，所以当波发生器转动一周时，柔轮向相反方向转过两个齿的角度，从而实现了大的减速比。
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沈阳工程学院课程设计设计题目：三自由度微型直角坐标工业机器人模型设计系别自控系班级学生姓名学号指导教师祝尚臻职称讲师起止日期：2012年1 月2 日起——至2012 年1 月13 日止- I -沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：三自由度直角坐标工业机器人设计系别自动控制工程系班级学生姓名学号指导教师职称讲师课程设计进行地点：F430任务下达时间：2011年12月31日起止日期：2012 年1 月2日起——至2012 年1 月13日止教研室主任年月日批准- II -三自由度直角坐标工业机器人设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：1了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术。
2初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统并应用于工业机器人的设计中。
3通过学习，掌握工业机器人的驱动机构、控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。
1.2 基本要求1要求设计一个微型的三自由度的直角坐标工业机器人；2要求设计机器人的机械机构（示意图），传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。
3要有控制系统硬件设计电路。
1.3 发挥部分自由发挥2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；（3）设计过程的资料保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。
2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。
项目齐全、不许涂改，不少于3000字。
图纸为A4，所有插图不允许复印。
（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。
3 时间进度安排2011-12-30- III -沈阳工程学院工业机器人课程设计成绩评定表系（部）：班级：学生姓名：- IV -中文摘要直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。
直角坐标机器人结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解；但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。
大型的直角坐标机器人也称桁架机器人或龙门式机器人是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。
其工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。
近年来随着工业机器人的不断发展，工业机器人不断在工业领域得到广泛的应用，尤其是结构简单的直角坐标机器人，本次设计我主要是对三自由度的直角坐标机器人进行设计，完成一个大概的设计，在设计中我采用了各种光电传感器，还采用了C8051F系列单片机作为本次设计的主控芯片,各种算法的实现就是使用这款芯片实现的。
随着直角坐标机器人的应用越来越广泛，直角坐标机器人的设计工作日益显得重要。
成功的设计一台直角坐标机器人涉及到很多方面的工作，包括机械结构、动力驱动、伺服控制等等。
关键词：三自由度直角坐标机器人单片机硬件软件- V -目录中文摘要 (V)目录 (VI)1设计任务描述 (1)2 设计思路 (2)2.1系统总体结构的设计 (2)2.2系统各环节设计 (2)3 设计方框图 (3)4 直角坐标机器人的硬件设计 (4)4.1单片机最小系统电路设计............................................................................. 错误!未定义书签。
4.2单片机稳压电源设计...................................................................................... 错误!未定义书签。
4.3直流电机驱动设计 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
4.4步进电机驱动设计 (6)4.5机械结构部分 (7)4.6传感器选择 (8)5直角坐标机器人的控制设计 (10)5.1 示教再现功能 (10)5.2运动控制功能 (10)6 主要元器件介绍 (11)7 小结 (12)8 致谢 (13)9.参考文献 (14)附录 (15)- VI -1设计任务描述1.1设计题目：三自由度直角坐标工业机器人设计1.2设计要求1.2.1 设计目的：1）了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术。
2）初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统并应用于工业机器人的设计中。
3）通过学习，掌握工业机器人的驱动机构、控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。
1.2.2 基本要求：1）要求设计一个微型的三自由度的直角坐标工业机器人；2）要求设计机器人的机械机构（示意图），传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。
3）要有控制系统硬件设计电路。
1.2.3发挥部分：自由发挥- 1 -2 设计思路2.1系统总体结构的设计本次设计的题目是三自由度直角坐标机器人，直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。
直角坐标机器人结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解；但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。
2.2系统各环节设计直角坐标机器人，它由水平轴(X轴，Y轴)，垂直轴Z轴及驱动电机组成。
此外一个完整的机器人系统还需要控制系统和手抓，下面分别予以介绍:直线运动轴也叫直线运动单元，它就是一个独立的运动轴，主要由支撑载体的铝型材或钢型材和被安装在型材内部的直线导轨、运动滑块以及作为带动滑块做高速运动的同步带组成。
运动轴的驱动系统直角坐标机器人的传动主要是通过驱动电机的转动带动同步带运动，同步带带动直线导轨上的滑块运动。
当驱动轴的最高转速低于60Or/min时通常选用步进电机，否则选用交流伺服电机。
直角坐标机器人的控制系统机器人要在一定时间内完成特定的任务，在完成抓取，加速运动，高速运动，减速运动，释放工件等同时，还要与相关的设备通过通讯或I/O口实现一些时序上的协调同步。
另外在涂胶应用上，各个运动轴要完成直线和圆弧插补运动。
因此其数控系统要按具体应用要求来选定其控制轴数、I/O口数量和软件功能。
通常选用数控系统，PLC，工控机加运动控制卡和带轴卡功能及I/O口的驱动电机来做控制系统。
直角坐标机器人的末端操作器—手爪系统根据其具体应用情况，其手爪系统可能是气动吸盘、气动夹取手爪、电动夹取手爪、电磁吸取手爪、焊枪、胶枪、专用工具和检测仪器等。
在很多场合可以一次抓取多个工件。
- 2 -3 设计方框图图3—1主程序方框图- 3 -4 直角坐标机器人的硬件设计4.1单片机最小系统电路设计最小系统是指保证系统能正常工作的最基本电路和软件部分，单片机的最小系统电路包括外部晶振电路、电源电路和复位电路，如图4-3所示。
（a）外部晶振电路(b) 电源电路（c）外部复位电路图4.1 单片机最小系统电路时钟基本脉冲是CPU工作的基础。
C8051F020单片机的系统时钟信号，由时钟振荡电路或专用时序脉冲信号提供。
C8051F020在内部集成了完整的振荡电路，XTAL1和XTAL2分别为振荡器的输出和输入，XTAL1和XTAL2引脚可接入一个石英或陶瓷振荡器，如图4-1（a）所示。
图中电阻R2是为了避免对外接晶体振荡器的过驱动，电容C可提高振荡器的稳定性。
- 4 -为单片机提供电源是单片机正常工作的最基本操作，电源通过电容与单片机并联相连，是为了避免出现耦合，对单片机造成损伤。
外部复位电路是通过外部RST引脚提供了使用外部电路强制MCU进入复位状态的手段。
在RST引脚上加上一个低电平有效信号将导致进入复位状态。
最好能提供一个外部上拉或对RST引脚去耦以防止噪声引起复位，如图4-1（c）所示。
在低有效的RST信号撤出后，MCU将保持在复位状态至少12个时钟周期。
从外部复位状态推出后，PINRSF标志（RSTSRC.O）被置位。
4.2单片机稳压电源电路设计为了给单片机提供稳定的3.3伏电源，我设计了直流稳压电路，其主要有变压器，整流电路，滤波电路，三端稳压器件组成，能保证给单片机提供稳定的直流电源。
集成稳压器具有输出电流大，输出电压高，体积小，可靠性高等优点，在电子电路中应用广泛。
分类：外部结构：三端、多端。
输出电压可调、输出电压固定，输出正电压、输出负电压。
三端固定输出集成稳压器主要用于固定输出标准电压值的稳压电源中。
虽然通过外接电路元件，也可构成多种形式的可调稳压电源，但稳压性能指标有所降低。
集成三端可调稳压器性能指标优良。
本设计主要用到LM7805其优点主要有，7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。
内含过流、过热和过载保护电路。
带散热片时，输出电流可达 1A。
虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。
其电路图如下：4.2直流稳压电源电路该电路将市电380伏通过变压器转化为220伏电压，再通过桥式电路进行整流，将交流转化为直流，其中电容C1为滤波作用，滤除纹波干扰，C2作用为防止自激振荡，C3作用为减小高频干扰。
1117与LM7805作用基本相同，将5伏电压将为3.3伏。
4.3直流电机驱动电路设计本次设计我用直流电机模拟风机来进行散热，其驱动用三极管。
输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。
当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
当P口为高电平时电机转动，低电平时，电机停止。
电路图连接如下：GO TO R S E R V ON图4.3直流电机驱动电路图4.4步进电机驱动电路设计步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线关系的存在，加上步进电机只有周期的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。