三自由度机械臂控制系统资料
三自由度机械手控制系统的创新设计
三自由度机械手控制系统的创新设计摘要：本文主要介绍了三自由度机械手控制系统的设计过程。
本文主要论述重点在依据六自由机械手对三自由度机械手结构进行了创新。
关键词：三自由度；结构设计创新引言在科技不断进步下，机械制造业的发展起着关键的作用。
机械制造业是将独立的单元作为一个自动化的过程，在工业生产不断迅速发展进步中综合自动化水平要求越来越严格，每个工厂的生产线和自动化车间越来越多，未来完成自动化工厂进一步加强。
工业机器人是很多种类中生产进程自动化需求常常改换产品的通用伎俩，也是现在社会中自动化技术和人工智能技术开展的重要表现，也代表着当今社会制作行业技术开展的新水平。
虽然自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，但其结构也越复杂，前期投入较高。
对于小型工厂，考虑综合因素适用于二到三自由度机械手。
本文设计的五轴机械手采用电动和气动相结合的驱动方式，两台PLC分别控制主臂和副臂的伺服电机驱动及气动手抓，协同完成复杂的取、卸料动作，具有系统结构清晰、驱动能力强、方便扩展的特点和优势。
在PLC软件设计上采用梯形图和嵌入式模块化编程相结合的动作模块化编程思想，不仅增强了程序的可读性，便于调试，而且实现了工艺流程的灵活配置。
同时，组态式触摸屏实现了工艺参数的可视化配置和运行信息的实时监控等功能，具有稳定可靠、灵活通用等特性。
1工作过程通常情况卜，机械手在生产线上的任务是将工件从A处搬运到B处，主要动作为：PLC送电后，首先控制装置返回初始位置：机械手的手爪上升到上限位，然后手臂缩回到缩回限位，然后向左旋转到左限位。
物料检测光电传感器检测到物料后，机械手手臂伸出，手爪下降抓物，然后手爪提升，到达上限位后手臂缩回，到达缩回限位后向右旋转到右限位，手臂伸出，到达伸出限位后手爪下降，到达卜降限位将物料放下，然后回到原位。
如果机械手在手爪下降过程中，在5s内小能到达下限位，则手停下降，然后上升到上限位停比运行，同时开始报警（红灯闪烁，同时蜂鸣器鸣叫）。
三自由度机械臂工作原理
三自由度机械臂工作原理
三自由度机械臂是一种具有三个独立自由度的机械系统，它可以通过控制各个自由度的运动，完成各种任务。
三自由度机械臂通常由三个关节连接的装置组成，每个关节可以使机械臂在一个轴向上运动。
这些关节通常是旋转关节，可以使机械臂绕其轴旋转。
每个关节都有自己的电机和传动装置，通过控制电机的转速和方向，可以控制机械臂在各个轴向上的运动。
机械臂的末端通常配备有用于夹取、抓取或操作物体的装置，如夹爪、吸盘或工具。
通过控制机械臂的运动，将末端装置移动到目标位置，就可以完成各种工作任务，如装配、搬运、焊接等。
机械臂的运动控制通常通过计算机系统实现。
计算机可以通过传感器获取机械臂当前的位置和姿态信息，然后根据任务需求，计算出各个关节的运动轨迹和速度，通过控制电机的转速和方向，使机械臂按照计划的轨迹进行运动。
总而言之，三自由度机械臂通过控制各个关节的运动，配合末端装置，完成各种工作任务。
通过计算机系统实现运动控制，可以实现高精度、高效率的操作。
三自由度机械手臂说明
2.2.2机械臂……………………………………………………………6
2.3机械手的设计……………………………………………………………6
2.4驱动方式…………………………………………………………………8
2.5传动方式…………………………………………………………………9
“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。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，而把工业机械人称为通用机器人。
第1章绪论…………………………………………………………………………5
1.1机器人概述………………………………………………………………5
第2章机器人实验平台介绍及机械手的设计……………………………………6
2.1自由度及关节……………………………………………………………6
2.2基座及连杆………………………………………………………………6
SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
课程设计说明书
三自由度机械手臂设计
学院：农业工程与食品科学学院
专业：农业机械化及其自动化
学生姓名：赵国0911034036
学生姓名：李继飞0911034030
学生姓名：程小岩0912034039
指导教师：程卫东
2013年1月
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Байду номын сангаас现的方式。
3自由度机械手设计说明书
目录一、确定机械手设计方案 (3)1.1、机械手基本形式和自由度数的选择 (3)1.2、机械手手部夹紧结构方案设计 (4)1.3、机械手的手臂（水平方向和垂直方向）结构方案设计 (4)1.4、机械手的腰座结构方案设计 (4)二、部分执行机构的理论分析和设计计算 (5)2.1、手爪执行机构的分析计算及相关尺寸的确定 (5)2.1.1、手抓的力学分析 (5)2.1.2、手爪夹紧力和驱动力的的计算 (7)2.1.3、液压缸主要参数的确定 (8)2.2、水平手臂的设计和计算 (10)2.3、机身升降机构的计算 (11)2.3.1、手臂偏重力矩的计算 (11)2.3.2、升降不自锁条件分析计算 (12)2.3.3、手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算以及相关尺寸的确定 (13)2.4、驱动回转轴回转的电机选型有关参数计算 (15)2.4.1、有关参数的计算 (15)2.4.2、电机型号的选择 (16)2.5、液压传动系统设计 (17)2.5.1、确定液压系统基本方案 (17)2.5.2、拟定液压执行元件运动控制回路 (17)2.5.3、液压源系统的设计 (17)2.5.4、绘制液压系统图 (18)三、机械手控制系统的硬件设计 (18)3.1、机械手工艺过程与控制要求 (18)3.2、机械手的作业流程 (18)3.3、机械手操作面板布置 (19)3.4、控制器的选型 (19)3.5、控制系统原理分析 (20)3.6、I/O地址分配 (20)3.7、PLC原理接线图 (21)四、参考文献 (21)一、确定机械手设计方案1.1、机械手基本形式和自由度数的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手; ( 3)球坐标(极坐标)型机械手; (4)多关节型机机械手。
其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小。
因为设计要求搬运的棒料的质量达40KG，且直径达160MM，长度大约为250MM，考虑在满足系统工艺要求的前提下，尽量简化结构，以减小成本、提高可靠度。
三自由度_精品文档
三自由度简介在机械设计中，自由度是一个重要的概念。
它指的是物体在空间中能够自由运动的程度。
三自由度（3DOF）是指一个物体在三维空间中的自由度。
在本文中，我们将介绍三自由度的定义、应用以及在机械设计中的重要性。
定义三自由度是指一个物体在三维空间中可以沿着三个独立的方向进行运动的能力。
这三个方向通常被称为“平移自由度”和“旋转自由度”。
平移自由度指物体沿着三个不同的轴向移动的能力，而旋转自由度指物体绕三个不同的轴旋转的能力。
一般来说，三自由度可以表示为(x, y, z, α, β, γ)，其中x、y、z表示物体的平移位置，α、β、γ表示物体的旋转角度。
应用三自由度的概念在机械设计中具有广泛的应用。
无论是在工业机器人、航天器、汽车还是其他机械设备中，都需要考虑物体的自由度。
在工业机器人中，三自由度通常被用来描述机械臂的运动范围。
机械臂的平移自由度使其能够在三维空间内移动到不同的位置，而旋转自由度则使其能够改变姿态。
在航天器中，三自由度的概念被用来确定航天器在太空中的运动范围。
航天器可以在太空中自由地移动和旋转，通过操控其三自由度来实现不同的任务，如定位、推进、调整姿态等。
在汽车设计中，三自由度的概念被应用于底盘的设计。
底盘具有平移自由度，使汽车能够在三维空间中自由移动。
此外，汽车的转向也使用了旋转自由度的概念，使得汽车可以改变方向。
重要性三自由度在机械设计中具有重要的意义。
它决定了物体在空间中的运动和姿态变化。
了解和掌握三自由度的概念对于设计高效、稳定和精确的机械系统至关重要。
在机器人设计中，通过合理配置和控制机器人的三自由度，可以使机器人能够执行复杂的任务。
例如，一个具有足够的自由度的机械臂可以实现多个不同方向的精确定位，从而提高工作效率。
在航天器设计中，三自由度决定了航天器在太空中的机动性。
通过灵活地控制三自由度，可以实现航天器的定位和姿态调整。
在汽车设计中，三自由度的合理利用可以提高汽车的行驶稳定性和操控性。
三自由度机械臂毕业设计
三自由度机械臂毕业设计毕业设计题目：三自由度机械臂设计与控制一、设计背景三自由度机械臂是工业机器人中常见的一种结构，通常由三个关节驱动器构成，可以实现在三个方向上的运动。
该设计旨在研究三自由度机械臂的结构设计和控制算法，提高其运动精度和稳定性，以满足工业生产中对机器人精准操作的需求。
二、设计内容1.机械结构设计：根据机械臂的工作范围和负载要求，设计合适的机械结构，包括三个关节的连杆长度、角度范围等，确保机械臂能够在工作空间内自由灵活地运动，并能承受所需的负载。
2.关节驱动器选择：选择合适的关节驱动器，比如伺服电机、步进电机等，确保驱动器能够提供足够的转矩和精确的控制，以实现机械臂的精准运动。
3.控制系统设计：设计相应的控制系统，包括运动规划、轨迹跟踪、碰撞检测等算法，实现机械臂在各种工作场景下的自动化操作。
同时，考虑到三自由度机械臂的运动学模型，设计合理的控制策略，提高机械臂的运动精度和稳定性。
4.系统集成和调试：将机械结构、关节驱动器和控制系统进行集成，通过实验验证机械臂的性能和稳定性，调试控制算法，不断优化设计方案，使机械臂达到预期的工作效果。
三、设计目标1.实现三自由度机械臂在三维空间内的高精度运动，能够完成各种复杂的工作任务。
2.提高机械臂的运动速度和稳定性，减少运动过程中的振动和误差，提高工作效率。
3.实现机械臂与外部环境的智能交互，通过传感器实时监测工作环境，避免碰撞和危险情况的发生。
4.设计简洁高效的控制系统，具有良好的实时性和可靠性，便于操作和维护。
四、预期成果通过以上设计内容和目标，预期能够完成一台具有高精度运动和稳定性的三自由度机械臂原型机，并实现其在工业生产中的应用。
同时，可以得到相关的技术研究成果，为工业机器人领域的发展贡献一份力量。
五、结语三自由度机械臂的设计与控制是一个具有挑战性和重要性的课题，需要多方面的知识和技能综合运用。
希望通过本次毕业设计，能够全面学习和掌握机械臂设计与控制的相关知识，提升自己在工程领域的实践能力和创新能力，为未来的科研和工作打下坚实的基础。
PLC控制三自由度机械手控制部分分析与设计
图 ３机械 手 循 环 动 作 过 程示 意 图
停止信号 ： 下限位开关得 电。 动作 ７ ： 开始信号 ： 下限位开关得 电。 动 作 ： 手指松开动作 。 停止信号 ： 手指限位开关得 电。
动 作 ８ ： 开始信 号 ： 手指限位开关得电。
・
ｌ ２・
动 作 ： 手臂上摆 动作 。 停止信号 ： 上限位开关得 电。 动作 ９ ： 开始信号 ： 上限位开关得 电。 动 作 ： 回转腰右转动作 。 停止信号 ： 右限位开关得 电。机械手 回复初始状态 。
科 技 论 坛
・１ １・
Ｐ Ｃ控制三 自由度机械手控制部分分析 与设计 Ｌ
黄 智 英
（ 巴音 郭楞职业技术学院， 疆 巴音郭楞 ８ １０ ） 新 ４ ０ ０
摘
要： 本文主要 分析 和论述如何利 用 Ｐ Ｃ控制技 术 ， Ｌ 实现机械 手的握 、 移 等动作 ， 实现机 械手在 左右， 举、 并 前后 ， 上下三方向 自由
图 ２ 三 自 由度 机 械 手 结构 示 意 图
开始信号 ： 压力感应器得电。
动 作 ： 手臂 上 摆 动 作 。 停 止信号 ： 上限位开关得电。 动作 ４ ： 开始信号 ： 限位开关得电。 上 动 作 ： 回转腰左转动作。 停止信号 ： 限位开关得电。 左 动作 ５ ： 开始信号 ： 限位开关得 电。 上 动 作 ： 回转腰左转动作。 停止信号 ： 左限位开关得电。 动作 ６ ： 开始信号 ： 限位开关得电。 左 动 作 ： 臂 下 摆 动 作 。 手
一
表 １ 三 自 由度 机 械 手 Ｉ 分 配 表 ： ／ Ｏ
最 大 抓 重 ：Ｏ ｇ ｌＯ
手 指 夹 持 工 件 最 大 直径 ：０ ｍ ４ｒ ａ 手臂上下摆动角度 ：０ ６。 手臂 回转角度 ：Ｏ ９。 运料频率 ： ５次 ／ ｉ ｍｎ 三 自由度机械手结构如 图 ２所示 ，主要 由机械手指夹持机构 、 机械手臂上下摆动机构 、 机械腰 回转机构 、 固定底座等构成。 ２ 工 作原 理 及 分 析
三自由度工业用机械手控制系统设计论文
毕业设计（论文）题 目 三自由度工业用机械手控制系统设计姓 名学 号专业班级指导教师分 院 成人教育学院完成日期 2017 年4月X 日宁波理工学院摘要机械手是机器人研究的热门领域之一，不仅在工业还在其它行业都发挥着越来越大的作用。
而且随着工业生产自动化程度的不断提高，工业机械手在生产现场的流水线中扮演着越来越重要的作用，现在已成为现代化工业生产中不可缺少的重要环节。
本文在了解机械手和PLC控制技术的国内外研究现状及发展趋势基础上，而选用了三自由度机械手作为控制对象进行研究。
本文基于控制和计算机监控的相关理论，根据工业机械手的控制要求，完成了其运动控制设计以及组态监控系统构建，对控制系统的总体构造、控制流程以及构成系统的各个模块的功能和控制方式进行了研究。
关键词:三自由度机械手；PLC；控制系统；工业生产A b s t r a c tRobot is one of the hot areas of robot research and is playing an increasingly important role not only in industry but also in other industries. At the same time, with the continuous improvement of industrial production automation, industrial robots in the production site of the pipeline plays an increasingly important role, has become an indispensable modern industrial production important link.Based on the research status and development trend of robot and PLC control technology, this paper chooses three-degree-of-freedom manipulator as the control object.Based on the theory of control and computer monitoring, this paper completes its motion control design and configuration monitoring system construction according to the control requirements of industrial manipulator. The overall structure of the control system, the control flow and the function and control mode of each module constituting the system Were studied.Keywords:Three degrees of freedom manipulator; PLC; Control System；Industrial production目录摘要......................................................................................................................... I I Abstract.. (IV)目录 (V)1.引言 (1)1.1 研究机械手的意义 (1)1.2 机械手的组成和分类 (2)1.2.1机械手的组成 (2)1.2.2 机械手的分类 (2)1.3 机械手的国内外研究现状 (2)1.3.1 机械手的国外研究现状 (2)1.3.2 机械手的国内研究现状 (3)2.机械手控制系统总体设计方案 (4)2.1工业机械手的工艺流程 (4)2.2工业机械手的运动参数分析 (5)2.3工业机械手的总体模块设计 (5)2.3工业机械手的总体模块概述 (6)2.3.1 控制器模块 (7)2.3.2驱动模块 (7)2.3.3 执行模块 (7)2.3.4传感器模块 (7)3.机械手硬件系统的设计 (9)3.1硬件系统的结构 (9)3.2伺服控制系统设计 (10)3.3气动控制系统设计 (10)3.4机械部件设计 (11)3.5传感器设计 (11)4.PLC控制器的设计 (13)4.1 PLC 控制器的特点 (13)4.2 PLC 控制器的程序设计 (13)4.2.1 PLC 回原点程序 (13)4.2.1 PLC手动程序操作示意 (14)4.2.2 PLC自动程序操作示意 (14)参考文献 (16)致谢 (17)1.引言1.1 研究机械手的意义工业机械手（以下简称机械手）是近代自动控制领域中出现的一项新技术，已经成为现代制造生产系统中的一个重要组成部分。
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CLRP1.1
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串行通信子程序流程图：
进入中断 读SBUF
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Y
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N
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收到第六个字 符，字符序R4 ＝5
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接收到字符为 通道号
接收到字符 为脉宽系数 百位,装入R1
接收到字符为 脉宽系数十 位,装入R2
接收到字符 为脉宽系数 个位,装入R3
通信时序——采用方式1
方式1提供标准的异步、全双工通信，每个数据字节共使 用10位：一个起始位、8个数据位（LSB在先）和一个停 止位。数据从TX引脚发送，在RX引脚接收（。在接收时， 8个数据位存入SBUF，停止位进入RB8（SCON.2）
■
通信协议格式
# 起 始 位 CHX 通 道 号 D3 脉 宽 系 数 百 位 D2 脉 宽 系 数 十 位 D1 脉 宽 系 数 个 位 ! 终 止 符
总体方案
机械手 (电磁铁)
第一关节
单片机 控制板
第二关节
第三关节
二、解决的关键技术
1、上位机部分：PC控制界面设计、
RS-232通信程序； 2、单片机控制部分：通信接口、I/O 接口； 3、电机驱动与定位控制
三、完成的主要工作
1. 单片机控制板设计 芯片选择：C8051F系列单片机 优点：资源丰富，内部有AD、DA等可以使用软件 进行配置，大大简化了硬件电路，也大大方便 了功能扩展；运行速度快，70％的指令只需1～ 2个系统时钟周期，而不用进行12分频，最高可 达25M速度，比传统51单片机快至少10倍。并 且其片内调试电路提供全速、非侵入式的在系 统调试，不需要仿真器，而只需要一个适配器 就可以进行在线调试。
主程序流程图
开始 MAIN T1为计数器初始值0， T0为计时器，自动重装 模式
T0,T1,T2,T3开 启
TL1=R7？
TH1:TL1=0000H
电机号寄存器 R6
＝1 ＝2
＝3 CLRP1.2
＝4 CLRP1.3
＝5 CLRP1.4
＝6 CLRP1.5
＝7 CLRP1.6
＝8 CLRP1.7
CLRP1.0
单片机控制板原理图：
显示模块原理图
2. 执行器： 采用伺服舵机 ★ 实现各环节运动控制； ★ 能同时控制多个关节的运动； ★ 有较高的定位精度。
伺服舵机控制图
伺服舵机定位控制原理
3. 上位机人机界面设计 ★ 采用VB编写 ★ 界面图
串口配置：
4. RS232串行通信
★ 接口电路设计 ★ பைடு நூலகம்口程序设计 单片机通信方式：
三自由度机械臂 计算机控制系统
作者： 姜陈炀 徐超 指导教师：陈国定
一、课题介绍
本课题研究了一种三自由度机械臂的控制 方法与实现，采用伺服舵机驱动，单片机 +PC机两级控制，完成控制系统的软硬件 设计。单片机通过RS-232串口接收来自上 位机的运动指令，并将其转换成伺服舵机 的运动控制脉冲，输出并驱动伺服舵机， 实现了机械臂各关节的运动控制。
字符序＝0
字符序＋1
将R1,R2,R3中 的BCD码转换 成十六进制装 入R7 清中断标志
退出中断
5. 机械臂制作（模型）
谢谢指导！