关节型机器人结构设计及仿真分析

机电学院毕业设计指导书

课题名称关节型机器人结构设计及仿真分析教学系、部、室机械设计系

专业

机械设计制造及其自动化

指导教师

一、毕业设计题目

题目名称：关节型机器人结构设计及仿真分析

机器人技术是近40多年来迅速发展起来的一门综合性学科，它综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当今世界科学技术发展最活跃的领域之一。

机器人的研究、制造和应用，正受到许多国家的广泛重视，是一个国家科技水平和经济实力的象征。它能够替代人类不知疲倦地完成枯燥繁重的劳动，降低工人的劳动强度，提高劳动生产率。它的环境适应能力强，能够在水下、太空、真空、辐射以及剧毒等任何危险环境中工作，使人类的生命安全和健康得到保障。随着研究的深入，人们不断发现机器人技术的潜力，对它的应用已经逐步渗透到了人们生产和生活的各个领域中。

目前工业生产中应用最广泛的机器人是工业机器人，亦称作工业机械手。各种不同功能的机械手操作系统其机械、电气和控制结构一般也各不相同，但大多数完整的机械手系统都有4个主要部分：1.机械本体机构2.传感系统3.控制系统4.驱动源。

机械本体机构通常是由手臂、手腕和末端执行器组成。它们主要是由一系列旋转关节或移动关节相连接的多个机械连杆的集合体，从而形成开式运动链的结构。一端装在固定的基座上，另一端在手腕上安装手爪、各种夹持机构或专用工具来完成各种工作。机械手在执行一项任务时，由它的机械结构实现其运动机能，完成规定作业，因此机械结构的布局、类型、传动方法和驱动方式将直接影响机械手的总体性能。传感系统是将有关机械部件的各种工作状态信息传递给机器人的控制系统，控制系统通过这些信息确定机械部件各部分的正确运行轨迹、速度、位置和外部环境，使机械部件的各部分按预定程序在规定的时间开始和结束动作。驱动源是使各种机械部件产生运动的装置，主要包括气动、液压和电动三种形式。他们可直接与臂、腕或手部的机械连杆或关节联接在一起，也可采用齿轮、带、链条等间接传动装置。

本课题研究设计的机器人既可用于教学和科研，也可用于某些工业生产实践。研究成果可以为该型机器人的进一步轨迹规划和控制研究提供必要的参考数据，经改进后也可以应用于类人机器人的上肢体结构设计中。因此，本课题的研究成果具有广泛的实际意义和应用前景。

在确定机器人各部分的外形尺寸时，首先从人类手臂结构角度考虑，采用近似人体手臂的比例确定出手臂的初始尺寸。基于此设计思想，结合机械原理与机械设计理论构建机器人主体装配图，如图1-1所示。各关节回转运动都采用步进电机与谐波齿轮减速装置间接传动方式实现，机械系统主要构件包括基座、基座顶盖、腰部、大臂、小臂、

各关节主轴、轴用弹簧挡圈、微型轴键、轴承、轴承端盖、步进电机、谐波减速器等。

图1-1机器人主整体装配图

二、设计参数

其中从基座底部到肩关节轴线高度为395mm，肩关节轴线到肘关节轴线长度为

180mm，肘关节轴线到小臂端面距离为200mm，到俯仰腕关节轴线距离为227mm。

三、设计要求

1、功能性的要求

基座是整个机械手的基础,对全部运动件起支承作用，底面固定在基础上,转筒上安装大臂机构。工作时转筒转动，实现工件转位。要求转位灵活，定位准确，工作协调。

2、适应性的要求

机器人手爪能够到达工作空间的任意位置，动作灵活，工作空间大，在作业空间内手臂的干涉小，结构紧凑，占地面积小，同时要结构简单，容易控制。它具有五个自由度，腰部可实现回转，大臂、小臂可以作俯仰运动，手腕可作旋转和俯仰运动，手爪自由度属于局部自由度，不考虑在内。

3、可靠性的要求

可靠性是指产品在规定的工作条件下，在预定使用寿命期内能完成规定功能的概率。工业机械手可自动完成预定工作，广泛应用在自动化生产线上，因此要求机械手工作必须可靠。

4、寿命的要求

产品寿命是产品正常使用时因磨损而使性能下降在允许范围内而且无需大修的连续工作期限。设计中要考虑采取减少摩擦和磨损的措施，如：选择耐磨材料、采取润滑措施、合理设计零件的形面等。因各零部件难以设计成相等寿命，所以易磨损的零件要便于更换。

5、经济的要求

机械产品设备的经济性包括设计制造的经济性和使用的经济性。机械产品的制造成本构成中材料费、加工费占有很大的比重，设计时必须给予充分注意。将机械设计课程中学到的基本设计思想贯穿到设计中。

6、人机工程学的要求

人机工程学也称为技术美学，包括操作方便宜人，调节省力有效，照明适度，显示清晰，造型美观，色彩和谐，维护保养容易等。本设计中要充分考虑外形设计，各调整环节的设计要方便人体接近，方便工具的使用。

7、安全保护和自动报警的要求

按规范要求，采取适当的防护措施，确保操作人员的人身安全，这是任何设计都必须考虑的，是必不可少的。在程序设计中要考虑因故障造成的突然工作中断，如机构卡死、工件不到位、突然断电等情况，要设置报警装置。

四、设计步骤及工作量

(一) 设计步骤

1、明确设计任务，收集分析资料

认真阅读设计任务书，明确设计任务，查找收集有关资料，进行认真分析研究，了解机器人的结构和工作原理。

2、总体方案设计

参考有关资料，进行方案设计。机器人总体结构设计的主要内容有：确定基本参数，选择运动方式，手臂配置形式，位置检测，驱动和控制方式等。

3、技术设计

根据总体方案的结构形式，进行机器人的结构、运动形式的选择、机械系统设计、机身和臂部设计、手部机构的设计、驱动系统方案设计等。

4、图纸设计

根据总体设计方案和技术设计的结果，进行图纸设计，按国家制图标准完成图纸设计。

5、Pro/E实体造型设计

根据设计要求和技术设计的结果，应用Pro/E实体设计技术，对机械手进行实体造型设计。

6、建立机器人的Pro/E装配模型，将模型导入ADAMS中，对模型进行动态性能仿真研究，分析讨论仿真结果和系统设计合理性。

7、编制技术文件

按规定要求，编制设计计算说明书，准备毕业答辩。

（二）设计工作量

1、结构设计、绘图，按学院要求，工程绘图量一般不少于折合成图幅为A0号的图纸3张。机械装配图1张，三维实体模型图不少于3张，零件图数量根据设计结果确定，为培养工程素质，要加大绘图量。

2、编制毕业设计说明书，毕业设计说明书正文字数不少于2万字（大约40页以上），查阅相关参考文献10篇以上，翻译与课题有关的英文资料2万个印刷字符以上，约5000个汉字。

五、参考设计方案

1、底座设计方案

根据机械手动作要求，结合已学知识，列出底座动作要求的各种方案，进行对比分析，主要考虑：技术可行，结构布局合理，工艺合理性，经济性好。作为参考，列出液压驱动方案、电机驱动方案、电机直接驱动方案和电机驱动外啮合齿轮方案。

（一）液压驱动方案

1、传动原理

液压底座采用直线油缸驱动底座动齿圈，带动底座外筒体作旋转运动。外筒体通过法兰与大臂相连接，并带动大臂转动；齿条油缸固定在机座地基上，通过计算确定的标准油缸型号确定安装方式。

外筒体为旋转件，通过轴承支承在内筒体上。内筒体安装于基座地基上。

2、液压系统的设计计算

液压控制系统设计要满足液压底座动作逻辑要求，液压缸及其控制元件的选择要满足底座回转运动动力要求和运动时间要求，具体设计计算参考《液压传动与控制》相关教材。

3、方案结构设计

方案结构说明：

底座的结构形式采用圆筒状结构，分为内、外筒体两部分。

（1）、内筒体为固定支撑件，固定在地基上，并通过轴承支承外筒体；根据上述计算的结果，对内筒体进行结构设计。

（2）、外筒体为旋转件，通过轴承支承在内筒体上；根据上述计算的结果，对外筒体进行结构设计。

（3）、确定内外筒体的支承方式，选择轴承型号；

（4）、外筒体上安装有驱动齿圈，齿圈与外筒体刚性连接；

（5）、外筒体旋转由齿条油缸与齿圈啮合带动外筒体转动。外筒体通过法兰与大臂相连接，并拖动大臂转动；

（6）、齿条油缸固定在机座地基上，通过计算确定油缸的直径及行程、安装方式，选择标准油缸型号。

（二）电机驱动动齿圈方案

1、传动原理

采用带减速器的电机驱动底座动齿圈，带动底座外筒体作旋转运动。外筒体通过法兰与大臂连接，并带动大臂转动；电机固定在机座地基上。外筒体为旋转件，通过轴承支承在内筒体上。内筒体安装于基座地基上。

2、传动计算与电机的选择

根据工作要求计算总传动比，计算公式如式（1-1）：

25.0?=n i 总（1-1） 1

2z z i i ?=电机总（1-2）式中n 为电机转速，r/min ；i 总为总传动比；i 电机为电机自带减速器的传动比，Z 2为动齿圈齿数，Z 1为电机齿轮齿数。驱动电机可选用普通交流电机、力矩电机、步进电机等。

3、方案结构设计

方案结构说明：

底座的结构形式采用圆筒状结构，分为内、外筒体两部分。

（1）、内筒体为固定支撑件，固定在地基上，并通过轴承支承外筒体；根据上述计算的结果，对内筒体进行结构设计。

（2）、外筒体为旋转件，通过轴承支承在内筒体上；根据上述计算的结果，对外筒体进行结构设计。

（3）、确定内外筒体的支承方式，选择轴承型号；

（4）、外筒体上安装有驱动齿圈，齿圈与外筒体刚性连接；

（5）、外筒体旋转由电机齿轮与齿圈啮合带动外筒体转动。外筒体通过法兰与大臂连接，并带动大臂转动；

（6）、电机固定在机座地基上，电机的中心高度、输出轴形式等要与外筒齿圈协调。电机运行有惯性，要考虑有效的制动措施，保证定位准确。可采用电气制动或机械制动，无论采用何种制动方式，必须设计有定位挡块，确保定位准确。

（三）电机直接驱动方案

如图1－2所示，步进电机安装在基座内部，电机输出轴经谐波减速器一级减速后直接带动第一轴输出，实现腰部回转运动。

（四）电机驱动外啮合齿轮方案

图1-2 腰部回转方案图1-3 腰部回转方案如图1－3所示，电机安装在基座外部，电机输出轴首先经谐波减速器一级减速，级减速，然后经一对齿轮传动二级减速后，由第一关节输出轴带动整个腰部实现回转运动。

2、机械系统设计

机器人机械系统设计主要包括确定机器人驱动方式、关节驱动方式、材料选择、零部件设计几个方面。

2.1机器人驱动方式

机器人驱动方式有电动、液压和气动三种。一台机器人可以只用一种驱动方式，也可以采用几种方式联合驱动。选择时主要考虑负载、效率、精度和环境等因素。大负载通常选用液压驱动，气动系统应用于负载小且精度要求不高的场合，常用于点位控制、抓取、弹性握持和真空吸附。电动系统适合于中等负载，特别适合动作复杂、运动轨迹严格的工业机器人和各种微型机器人。

2.2关节驱动方式

关节的驱动方式有直接驱动和间接驱动两种方式，直接驱动机器人也叫作DD机器人(Direct drive robot)，简称DDR。DD机器人一般指驱动电机通过机械接口直接与关节连接，其特点是驱动电机和关节之间没有速度和转矩的转换。DD机器人与间接驱动机器人相比，有传动精度高、结构刚度好、可靠性高等优点，但大部分机器人关节采用间接驱动。机器人手臂采用悬臂梁结构，在关节上安装驱动器必定使手臂根部关节驱动器的负荷显著增大，可能导致步进电机的输出力矩大大小于驱动关节所需要的力矩，所以需要选择合适的减速传动装置，将电机轴的转速调整到合适的范围，同时还能获得较大的驱动力矩。

2.3材料的选择

选择机器人本体材料，首先要满足机器人的性能、设计和制作要求。机器人常用材料有以下几种：

○1碳素结构钢和合金结构钢：这类材料强度好，特别是合金结构钢强度增大了4～5

倍，弹性模量E大，抗变形能力强，是应用最广泛的材料。

○2铝、铝合金及其他轻合金材料：这类材料的共同特点是重量轻，弹性模量E并不大，但是材料密度小，故E／ρ之比仍可与钢材相比。

○3纤维增强合金：纤维增强金属材料具有非常高的E／ρ比，而且没有无机复合材料的缺点，但价格昂贵。

○4陶瓷：陶瓷材料具有良好的品质，但是脆性大，不易加工成具有长孔的连杆，与金属零件连接的接合部需特殊设计。

○5纤维增强复合材料：这类材料具有极好的E／ρ比，但存在老化、蠕变、高温热膨胀，以及与金属件连接困难等问题。这类材料不但重量轻、刚度大，而且还具有十分突出的阻尼大的优点。在高速机器人上应用较多。

○6粘弹性大阻尼材料：增大机器人连杆件的阻尼是改善机器人动态特性的有效方法。目前有许多方法用来增加结构件材料的阻尼，其中最适合机器人采用的一种方法是用粘弹性大阻尼材料，对原构件进行约束层阻尼处理。

选择机器人材料时，要综合考虑材料的抗振性、强度、刚度、重量、弹性、外观、价格以及机器人的整体性能等因素。从设计思想出发，在综合分析机器人的特性和各部分作用的基础上，确定所用材料的特性。从材料角度看，材料的可控性、结构性、轻质性和可加工性非常重要。

2.4 手部机构的设计

2.4.1手部机构分类

工业机器人的手部机构是机械手直接与工件、工具等接触的部件，通常需要多个驱动器和传感器，它能执行人手的部分功能。手部机构的动作形式有回转式和移动式（或直进式）两种。其中回转式为基本形式，它结构简单、制造容易、应用广泛。而移动式手部机构结构相对比较复杂、庞大等，应用较少。但移动式手部机构抓取工件时，工件直径的变化对定位精度一般无影响，故宜于工件直径有较大变化时使用。目前，工业生产中存在多种不同的作业环境，被抓取工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状况的不同，单一的手爪形式不能满足生产要求，手部机构的形式也多种多样，大部分的手部机构都需要根据特定要求而专门设计。常见的手部机构形式有夹持和吸附形式。夹持形式包括内撑式和外夹式，二者区别在于夹持工件的部位不同，手爪的动作方向相反。

2.4.2手爪的工作原理

机器人采用二指平动型夹持手爪，它是目前使用最广泛的一种夹持型手爪形式，既可以用手指的内侧面夹持物体的外部，也可以将手指伸入到物体的孔内后，张开手指，用外侧面卡住物体。

平动型夹持手爪在夹紧和松开物体时，手指由平行四杆机构传动，在平动过程中保持姿态不变，当被夹持物体的大小变化时，夹持中心也随之变化，这时须调整手爪的位置才能保持物体的位置不变。

手爪机构设计原理如图1-4所示，电机带动左端丝杠使之向左移动时，其他的杆件运动方向如图所示，此时手爪是处于张开的过程。反之，当电机带动左端丝杠向右移动时，其他杆件的运动方向与下图相反，实现手爪的张开和闭合运动。当电机带动左端丝杠向右移动时，手指闭合。

通过作图法可以确定手指运动后停留的具体位置。图中大写字母表示初始位置，小写字母表示运动后的位置。由于手爪末端的三角形手指可看作是与连杆AE焊接为一体的刚体，当连杆AE的位置确定后，三角形手指的位置也就确定了，所以图中未画出。BD杆可看作机架（实际上是手腕部分，手爪在抓取物体前，大臂、小臂与手腕已经到达指定位置而固定不动固定不动），当F移动至f时,以f为圆心，FC为半径作圆弧，交以b为圆心，BC为半径的圆弧于点c。以c为圆心，CA为半径作圆弧，交以b为圆心，BA为半径的圆弧于点a,从而点e也可以确定。aedbcfh为移动后手爪的姿态。

图1-4手爪结构示意图

2.4.3手部机构设计时的注意事项

○1钳爪应具有一定的开闭范围。钳爪为了抓取和松开工件，必须具有足够大的张开角度来适应较大的直径范围，范围太小，将限制手部的通用性，甚至使手部不能完成正常的抓放工作。

○2钳爪应具有适当的夹紧力。机器人的手部机构靠钳爪夹紧工件后移动位置，由于工件自重以及移动过程中产生的惯性力和振动等，钳爪必须具有足够大的夹紧力，才能防止工件在移动过程中脱落。一般取G

，G是被抓物体的重量。

N）

○3保证工件的定位精度。工件在手指内的定位精度直接影响到工业机器人系统的精度，因此在设计时应当着重考虑。

○4结构紧凑重量轻且满足强度和刚度要求。手部处于腕和臂部的最前端，运动状态多变，其结构、重量及动力负荷将直接影响到腕和臂的结构。因此，在设计手部时，必

须力求结构紧凑、重量轻和效率高。

○

5具有一定的通用性和可换性。 2.4.4手爪的设计方案

机械手一般采用两种抓取方式：硬抓取和软抓取。硬抓取是指手爪利用最大夹紧力抓取工件，这种方式没有安装传感器，容易对工件表面造成破坏，所以原则上这类工件是不会被夹坏刚体。软抓取是指利用传感器和反馈使手爪的夹紧力保持在能稳定抓取工件的最小值，并且手爪与工件的接触表面有一层柔性材料，从根本上避免了工件表面的破坏。采用软抓取方式，手爪内表面安装有性能较为稳定的滑觉传感器。

滑觉传感器（slip sensor ）是一种外部传感器，有滚动式和球式，还有一种通过振动检测滑觉的传感器。目标在传感器表面上滑动时，和滚轮或环相接触，把滑动变成转动。此种传感器具有手爪在抓取未知属性的物体时自动确定最佳握紧力给定值的功能。基本原理是在手爪握紧力不足时，自动检测目标和手爪的相对滑动同时输出检测信号，收到该信号后，手爪在不损害物体的前提下，逐渐增大握紧力，直到目标停止滑动，信号消失，握紧力不再变化。滑觉传感器可实现简单的识别功能，对被抓目标进行表面粗糙度和硬度的判断。滑觉传感器按被测物体滑动方向可分为三类：无方向性、单方向性和全方向性传感器。其中无方向性传感器只能检测是否产生滑动，无法判别方向；单方向性传感器只能检测单一方向的滑移；全方向性传感器可检测各个方向的滑动情况。本文所讨论的机械手爪在抓取方向上没有单一性，选择球式全方向性传感器。

手部机构的动作形式有回转式和移动式，回转型手爪由于其结构简单，在满足工件定位精度要求的条件下，可尽量采用这种结构。常见的典型结构有：楔块杠杆式回转型手爪、滑槽杠杆式回转型手爪、连杠杠杆式回转型手爪、齿轮齿条平行连杠式平移型手爪和左右旋丝杠平移型手爪。

本次毕业设计中，可采用以下三种方案：

方案（一）楔块杠杆式回转型手爪

抓紧动作：当驱动力推动楔块4前运动时，由于杠杆6的作用，使两手指产生

抓紧动作，由手爪的几何关系求出其夹持力。

放松动作：由弹簧7完成，当驱动力去掉后，楔块4向上移，由弹簧的弹力使

杠杆产生放松动作，从而松开工件。

装在杠杆上的滚子与楔块之间为滚动接触，摩擦力较小，活动灵活，夹紧力F N

和驱动力F P 之间的关系为；

sin 2b c F F P N = （1-3）

式中各字母的含义：

c ：滚子至销轴之间的距离；b ：爪至销轴之间的距离；

α：楔块的倾斜角。

由于结构原因，手爪松开的距离不会很大，所以只适用于工件尺寸变化不大的

范围，由于楔块的倾斜角不易太小，太小则夹持范围过小，太大则夹持力变小，故夹紧力不是很大。但该种结构简单，适用于轻载场合。

方案（二）连杆杠杆式回转型手爪

夹紧和松开动作：当驱动器驱动杆4移动时，由杆4、连杆2、抓和夹持器体3组成四杆机构，使手指完成夹紧和松开动作，

此结构的夹紧方式产生较大的夹紧力，缺点是手抓的张开角小。

夹紧力F N 和驱动力F P 之间的关系为；

tan 2b c F F P N = （1-4）式中各字母的含义：

c ：杠杆上两销轴之间的距离；b ：杠杆上固定销轴至爪间的距离；

α：连杆与夹具体之间的夹角。

方案（三）平动型夹持手爪

2.4.5 手爪夹紧力的分析与计算

如图1-5所示，当电机驱动丝杠向右移动时，手爪开始闭合。当丝杠产生的驱动力

为P 时，上连杆FC 对于丝杠的作用力为P 1，下连杆产生作用力为P 2，且满足P 1=P 2。其方向沿连杆两铰链的连线，与竖直方向成α角，根据丝杠的力平衡条件∑=0F 列方程得

αsin 21P P = （1-5）

解得 αsin 221P P P == （1-6）连杆FC 对三角形支架ABC 的作用力为'1P ，因此连杆为二力杆，所以'1P 与1P 大小相等，方向相反，即1'1P P =。假设工件对钳爪的反作用力为'N （与夹紧力N 大小相同，方向如图所示），'N 对B 点取矩力臂长为b ，'1P 对B 点取矩力臂长为h ，BC 杆长为c 对B 点列力矩平衡方程0=∑B M 得

b N h P ''1=

'1'P b

h N = 由图易知 αcos c h = N N ='

联合上述力平衡方程可解得手爪夹紧力：P b

c N 2= αctg 。（1-7）显然，如果手爪尺寸c 、b 和驱动力一定时，夹紧力N 与α角的余切值成正比。当α角较小时，可获得较大的夹紧力。当?=0α时，使手爪闭合到最小位置，若夹紧力还不能夹紧工件，此时丝杠再向左移动时，手爪会向相反方向松开。为了避免这种情况的发生，不同形状和尺寸的工件需更换不同尺寸的手爪。如果工件允许有少量的尺寸变化是，还可以考虑更换调整垫片，调到当手爪夹紧工件时，夹角α总是大于零便满足要求。否则，需采取其它形式另行设计手爪。

图1-5 手爪受力分析

2.5腕部结构的设计

机器人的腕部是连接手部与臂部的部件，起支承手部的作用。它被安装在前臂杆的末端，用于调整末端执行器在工作空间的方向，是机器人不可缺少的重要部件。它的结

构和功能主要取决于组成手腕关节自由度数、类型、不同类型关节的组合方式和驱动形式等。一般来说，为了使末端执行件在工作空间中可以任意取向，如图1-6所示，腕部要有翻转（Roll）、俯仰（Pitch）和偏转（Yaw）三个自由度，分别用R、P、Y来表示。但在特殊情况下，也有少于三个自由度的情况。有时采用具有两个自由度的腕部结构：翻转和俯仰或翻转和偏转。此时尽管会降低手腕的灵活性，但结构上大大简化，可以提高机器人的总体性能。

由于手腕处在开式连杆系末端的特殊位置，合理地设计手腕结构可以有效提高机器人的工作性能。设计腕部时一般要考虑以下几个方面的要求：

1．结构紧凑、重量轻。

2．动作灵活、可靠、平稳，定位精度高。

3．强度、刚度高。

4．设计合理的手臂和手部的连接部位以及传感器和驱动装置的布局和安装。

5．能根据工作需要更换手爪，方便装卸和维修。

图1-6 手腕的自由度

（a）手腕的翻转；（b）手腕的俯仰；（c）手腕的偏转；（d）腕部坐标系如图1-7所示，腕部的基本结构设计可选择三种方案。第一种方案腕部具有俯仰和偏转两个自由度，手爪在工作空间中不能进行翻转运动，所以手爪在抓取物体时的方向调节受到了限制；后两种方案腕部具有俯仰和翻转两个自由度，两种关节的排列方式相反。前者B关节与小臂联结，R关节与手爪联结，与后者相比，手爪在作俯仰运动时，弯转轴线与目标之间的垂直距离较远，所以弯转半径较大，如使用相同精度的驱动电机，在转过相同角度时会增大手爪末端的定位误差。综上所述，腕部的基本结构采用第三种方案，手腕翻转关节安装在小臂末端，驱动部分可以安装在小臂内部，从而达到了节省空间的目的，使得整个机器人的结构更加紧凑，工作性能也会有很大提高。

图1-7 手腕结构的三种方案

2.6手部设计

（1）手指：手指形状主要由其工作场合而决定，在不同的工作场合下，手爪可能抓取不同形状的物体或工件，从而决定了不同的手指形状。手指设计中，手爪抓取对象为一些形状比较规则的物体，以鸡蛋为例，假设手指张开最大距离与鸡蛋外围最大直径相当。两手指端部内表面采用对称的与鸡蛋外表面相似的软质凹形垫块（图中未画出），这样可以与鸡蛋外表面贴合更加紧密，同时受力均匀，如图1-8所示。

（2）平行连杆机构：连杆机构在机械系统设计中是一种经常用到的用来传递运动和动力的机构，它是若干构件通过低副连接而成的平面机构，具有运动可逆性。连杆机构优点是低副压力小，制造简单，制造精度较高；可以实现转动、摆动和移动等基本运动形式的转换；可以实现多种运动规律；可通过改变杆长或变换机架等方法来满足应用场合。

图1-8 手指及抓取鸡蛋示意图

六、Pro/E实体造型设计

根据机械手的结构设计原理在 Pro/E环境中建立机械手的简化装配模型，具体步骤如下：

1．创建各个主要零部件的简单实体模型（格式为.prt），包括底座座、大臂、主轴、轴承、驱动电机及谐波减速器等。

2．在Pro/E装配环境中将零件组装成完整正确的3D装配模型(格式为.asm)，

七、机械手动态性能仿真分析

将模型导入ADAMS中，对模型进行动态性能仿真研究，分析讨论仿真结果和系统设

计合理性。

具体的仿真条件：

（1）机器人初始位姿手臂伸直，手爪末端承受载荷呈张开状态。

（2）机器人开始运动，初始10s，腰部、大臂分别旋转-90°，小臂旋转-45°，腕关节的两个自由度分别旋转-90°和45°。

（3）然后手爪闭合，历时5s，其它各连杆保持静止。

（4）腰部旋转45°，大臂旋转90°，小臂旋转-15°，历时5s。

（5）接下来从20s开始腕关节调节手爪位姿，大臂旋转40°，小臂旋转90°，历时10s。

（6）最后腰部旋转135°，历时5s，仿真过程结束。

八、图纸设计

根据结构设计和计算的结果，进行图纸设计。制图工作量不少于学院规定。图面要求整洁，图幅、图样画法、尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的标注等符合国家标准规定，装配图技术求中说明伸缩臂的技术参数及装配技术要求，标准件、外购件的规格型号应在明细表中注明。

八、编制设计计算说明书

编制设计计算说明书的基本要求：

1、设计计算说明书按统一格式打印装订。

2、设计计算公式和参数选择正确，并注明出处，计算过程清晰、正确，单位统一，符合国家标准规定。

九、知识准备

本设计涉及机、电、液各方面内容，可进行机械系统设计能力的训练、设计计算能力的训练、机械结构设计的训练、电器控制系统设计能力的训练、液压系统设计计算和回路设计能力的训练，查阅机械设计手册和相关技术资料的能力训练、阅读翻译科技英语的训练，知识涵盖面广，综合能力训练比较全面。

涉及到已学知识有：机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、工程材料、机制工艺、机电传动与控制、液压传动与控制、Pro/E三维实体设计等。在设计中应用到相关内容时要进行复习。

十、本题目的重点和难点以及与同组其它学生所做题目的关系

本设计的重点：机械结构设计，Pro/E三维实体设计，动态性能仿真分析。主要是

对学生进行综合能力培养，在设计过程中培养工程思想，培养工程意识，理论联系实际，培养和提高初步设计能力。

本题目难度适中，难点不在于设计计算，而在于结合实际，进行结构设计，选择标准零部件，查阅设计手册，培养实际能力。

机械手由手臂、手腕和末端执行器组成，不同部分，不同方案，组合成不同题目，每个学生所做题目都不完全相同，但各部分之间又有相互联系，设计中要有总体思想，注意和其他学生之间的接口联接。底座是机械手有基础，注意上部与大臂的联接方式。十一、指导方式和进度安排

本次毕业设计采取集中指导和个别指导相结合的辅导方式。根据设计进度，分阶段进行集中指导，要求每个学生要按要求完成规定时间的工作量，跟上设计进度。对个别学生设计的困难的，或设计中有什么问题，可随时与老师联系，进行个别指导。

学生毕业设计在固定教室进行，教师经常到教室查看设计进度，解答学生设计中遇到的问题，并对学生出勤情况进行登记。学生有事外出，必须请假（假条经辅导员签字，交指导老师登记）。毕业设计过程不符合要求的学生不准参加毕业答辩。

进度安排：

本次毕业设计时间总共16周，设计进度大致安排如下：

第1周~第3周：收集资料，相关知识准备。

第4周~第7周：方案设计、设计计算、草图设计。

第8周~第12周：图纸设计，完成全部设计图纸、Pro/E实体造型设计、ADAMS动态性能仿真分析。

第13周~第14周：整理打印设计说明书。学生要在第14周以前完成全部设计。

第15周：指导老师对设计成果进行评阅，不符合要求的要修改设计。进行毕业答辩资格审查，达不到答辩要求的不能参加答辩。学生准备毕业答辩，准备内容在答辩前讲。

第16周：毕业答辩，评定毕业设计成绩。

十二、参考资料的使用方法

毕业设计涉及知识面很广，学生在设计过程中要注意培养获取知识的能力，除指定的参考资料外，可自己根据需要参考一些参考资料，还要学会从互联网上获取所需知识。

设计中用到参考资料中的内容，要在引用内容的右上角标出序号[x]，从互联网上查到的资料，要把网址列入参考资料中，并标出代号。

以下列出参考书目，供设计时参考，也可参考其它书，要特别注意参考书目的写法，

毕业设计说明书中的参考书，要按以下格式列出。

[1] 张建民著.机电一体化系统设计（第二版）.北京:高教出版社,2001.8

[2] 冯辛安主编.机械制造装备设计.大连:机械工业出版社,1999.10

[3] 郑堤，唐可洪主编.机电一体化设计.北京:机械工业出版社,2005

[4] 刘杰等编著.机电一体化技术基础与产品设计.北京:冶金工业出版社,2003

[5] 谢存禧,张铁主编.机器人技术及其应用.北京:机械工业出版社,2005

[6] 丁树模主编.液压传动.北京:机械工业出版社,2003

[7] 王春行主编.液压控制系统.北京:机械工业出版社,2003

[8] 孙训方,方孝淑编著.材料力学.人民教育出版社

[9] 濮良贵,纪名刚主编.机械设计（第七版）.北京:高等教育出版社，2001

[10] 徐灏主编.机械设计手册.北京:机械工业出版社，1991

工业领域中一般多用6关节型机器人(精)

工业领域中一般多用6关节型机器人，根据所学内容谈谈该种机器人都有哪些部件组成，每个部件的工作原理及选择该部件的依据图例六关节型机器人，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类型。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，还需要保证第四关节旋转轴线、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。

工业机器人结构设计

1绪论 1.1工业机器人概述工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说它也是机器进化过程的产物，它是工业以及非工业领域的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。工业机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全

生产，尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，由它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，工业机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。工业机械手的结构形式开始比较简单专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。 1.2工业机器人的组成和分类 1.2.1工业机器人的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。各系统相互之间的关系如方框图1.1所示。图1.1机器人组成系统

六轴关节机器人机械结构

六轴关节机器人机械结构 e y . <7>J4 akis motor <8>J5 axis / tiKi呂motor 说uation Mdr / Flhaw -U 」￡: □nis rritx r crc .inTi * 12；、JE处也mn空 < 13 ■ J6 axis red jction gear ■ S J3 axi reduct ken / \<1t）〉J5 酣仪timi啊belt i < / /<1 1>J5 3ME Wrist hoqsine/ / r也［juGlidn 営凸mr <2>J1 axis n'dijnt rm 3" J? miG irctci： <4>J2 axis rrdi.nt nn ￡rn^ 上图为常见的六轴关节机器人的机械结构，六个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮等驱动六个关节轴的旋转，注意观察一、二、三、四轴的结构，关节一至关节四的驱动电机为空心结构，关节机器人的驱动电机采用空心轴结构应该不常见，空心轴结构的电机一般较大。采用空心轴电机的优点是：机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过，无论关节轴怎么旋转，管线不会随着旋转，即使旋转，管线由于布置在旋转轴线上，所以具有最小的旋转半径。此种结构较好的解决了工业机器人的管线布局问题。对于工业机器人的机械结构设计来说，管线布局是难点之一，怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线（六个电机的驱动线、编码器线、刹车线、气管、电磁阀控制线、传感器线等），使其不受关节轴旋转的影响，是一个值得深入考虑的问题。机器人的腕部结构常见有如下几种结构

?3RS 在这三种手腕部的结构中，以第一种（RBR型）结构应用最为广泛，它适应于各种工作场合，后两种结构应用范围相对较窄，比如说3R型的手腕结构主要应用在喷涂行业等关节设计：对于国外的工业机器人主要制造国家来说，六轴关节机器人的研发设计及制造已经有好几十年的历史了，整个工业机器人的研发制造体系较为完善，他们的技术相对来说比较成熟，他们在相互竞争中可以相互模仿、改善、不断推陈出新，他们的技术对于国内来说，近乎完美?而国内目前这个行业还处在黎明前的黑暗阶段，虽然有不少公司有这个研发意图，或者正在研发途中，不管怎么说，浮出水面公布自己正在研发或者研发成功的公司应该说是极少数，即使宣布自己研发成功，也只是初步试验成功，真正产业化、商品化还有一段相当漫长的路要走?而更多的公司还停留在项目立项、技术评估、投入风险分析的阶段?由于国内做这个行业的很少，相关的结构也没有什么可参考的，技术储备不足，少数的单位或个人有机会能够拆拆别人的机器，拆个一知半解，更多的人只能在旁边看看了（比如说我，想拆都没机会A_A），还好了，网络资源丰富，今搜集到不少机械结构方面的图片，分享给大家参考，希望咱们做机械设计的（我应该也算是个机械工程师啊A_A毕竟我也是做机械的）少走点弯路，做出更好的机器? 六轴关节机器人的腕部关节设计较为复杂，因为在腕部同时集成了三种运动?小型的六轴关节机器人的腕部关节主要采用谐波减速器?下面的图片较为详细的描述了常见的六轴关节机器人的腕部结构?

机器人基础考试试题重点

（二）简答题 1.智能机器人的所谓智能的表现形式是什么？答:推理判断、记忆 2.机器人分为几类？答:首先，机器人按应用分类可分为工业机器人、极限机器人、娱乐机器人。 1)工业机器人有搬运、焊接、装配、喷漆、检验机器人，主要用于现代化的工厂和柔性加工系统中。 2)极限机器人主要是指用在人们难以进入的核电站、海底、宇宙空间进行作业的机器人，包括建筑、农业机器人。 3)娱乐机器人包括弹奏机器人、舞蹈机器人、玩具机器人等。也有根据环境而改变动作的机器人。其次，按照控制方式机器人可分为操作机器人、程序机器人、示教机器人、智能机器人和综合机器人。 3. 机器人由哪几部分组成？机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交换系统、人机交换系统和控制系统。 4. 什么是自由度？答:人们把构建相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度。 5. 机器人技术参数有哪些？各参数的意义是什么？答:机器人技术参数有:自由度、精度、工作范围、速度、承载能力 1）自由度：是指机器人所具有的独立坐标轴的数目，不包括手爪（末端操作器）的开合自由度。在三维空间里描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度。但是，工业机器人的自由度是根据其用途而设计的，也可能小于六个自由度，也可能大于六个自由度。

2）精度：工业机器人的精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示，它是衡量一列误差值的密集度（即重复度）。 3）工作范围：是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。 4）速度；速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。 5)承载能力：是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。承载能力不仅取决于负载的质量，而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。为了安全起见，承载能力这一技术指标是指高速运行时的承载能力。通常，承载能力不仅指负载，而且还包括机器人末端操作器的质量。 6. 机器人手腕有几种？试述每种手腕结构。答：机器人的手臂按结构形式分可分为单臂式，双臂式及悬挂式按手臂的运动形式区分，手臂有直线运动的。如手臂的伸缩，升降及横向移动，有回转运动的如手臂的左右回转上下摆动有复合运动如直线运动和回转运动的组合。2直线运动的组合2回转运动的组合。手臂回转运动机构，实现机器人手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片是回转缸，齿轮转动机构，链轮传动和连杆机构手臂俯仰运动机构，一般采用活塞油（气）缸与连杆机构联用来实现手臂复合运动机构，多数用于动作程度固定不变的专用机器人。 7. 机器人机座有几种？试述每种机座结构。答：机器人几座有固定式和行走时2种 1)固定式机器人的级左右直接接地地面基础上，也可以固定在机身上 2)移动式机器人有可分为轮车机器人，有3组轮子组成的轮系四轮机器人三角论系统，全方位移动机器人，2足步行式机器人，履带行走机器人 8. 试述机器人视觉的结构及工作原理答:机器人视觉由视觉传感器摄像机和光源控制计算器和图像处理机组成原理：由视觉传感器讲景物的光信号转换成电信号经过A/D转换成数字信号传递给图像处理器，同时光源控制器和32 摄像机控制器把把光线，距离颜色光源方向等等参数传递给图像处理器，图像处理器对图像数据做一些简单的处理将数据传递给计算机最后由计算器存储和处理。 9. 工业机器人控制方式有几种？

机器人腕部毕业设计(机械毕业设计)

机器人技术是综合了许多学科的知识，例如计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当今研究领域十分重视的课题，机器人在很多领域都得到广泛应用。机器人的应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志，因而受到各先进工业国家的重视，投入大量人力物力加以研究和应用。本文的主要任务和要解决的问题，是设计一台六自由度的机器人，在已有的技术资料的基础上，通过分析，确定腕部的传动系统，然后假设腕部末端的结构，确定腕部的输出功率，然后计算出腕部所需的电机。在确定电机和传动机构的基础上，对锥齿轮和传动中所需的带轮以及同步齿形带进行设计，并且对它们进行校核，确定所设计的腕部结构能够配合机器人的其他结构进行喷漆动作。并用CAD软件完成从建模到运动学分析、应力分析的全过程。需要全面理解机械原理、机械设计、机械系统设计以及CAD制图标准等相关的知识，并考虑其可靠性、实用性、经济性等性能。本课设在已有理论基础上，针对以往研究的不足，根据实际使用要求，确定采用六自由度的关节型机器人结构方案;由于机器人结构复杂，构件繁多，需要用高端软件配合进行建模，装配的工作，而我们现有的材料相当有限，所以本课设只是设计了机器人的腕部结构;并采用CAD绘制了其装备和零件图，并对其中某些零件的强度进行了校核，使腕部的整体结构能够满足工作的要求。关键词:机器人腕部

1绪论 (1) 1.1机器人的组成 (2) 1.1.1驱动装置 (2) 1.1.2控制系统 (2) 1.1.3执行机构 (2) 1.2机器人分类 (4) 1.2.1按用途分类 (4) 1.2.2按控制形式分类 (4) 1.2.3按驱动方式分类 (4) 1.3腕部结构选形 (5) 1.3.1单自由度手腕 (6) 1.3.2两自由度手腕 (7) 1.3.3三自由度手腕 (8) 1.3.4装配机器人腕部结构选型 (9) 1.4机器人设计 (11) 2末端执行器 (12) 2.1夹持器 (12) 2. 2拟手指型执行器 (13) 2. 3吸式执行器 (13) 3腕部设计 (15) 3.1手腕结构的选择 (15) 3.2传动装置的运动和动力参数计算 (17) 3.2.1选择电机 (17) 3.2.2分配系统传动比和动力参数的设计 (19)

物料搬运机器人手的系统设计

天津大学毕业设计中文题目：物料搬运机器人手部系统的设计英文题目：Material handling system design robot Hand department 学生姓名系别机电专业班级 2 指导教成绩评定 2010年6月

目录 1 引言 (1) 1.1 机器人概述 (1) 1.2 机器人的研究历史及现状 (1) 1.3 机器人的发展趋势 (2) 2 手部的设计与计算 (3) 2.1 手部的设计 (3) 2.2 驱动方式 (3) 2.3 手部夹紧力的计算 (5) 2.4 弹簧的计算[6] (5) 2.5 手部电机选择原则【7】........................... 错误！未定义书签。 2.5.1 一般执行电机的选择原则...................... 错误！未定义书签。 2.5.2 电机的选用.................................. 错误！未定义书签。 2.6 手部电机参数计算.............................. 错误！未定义书签。 2.7 电机转速与夹紧力速度几何关系的确定............ 错误！未定义书签。 3 手臂的设计与计算............................... 错误！未定义书签。 3.1 手臂结构设计.................................. 错误！未定义书签。 3.2 手部质量计算.................................. 错误！未定义书签。 3.2.1 爪子的质量计算.............................. 错误！未定义书签。 3.2.2 手部外壳质量计算............................ 错误！未定义书签。 3.2.3 手部主轴的质量计算.......................... 错误！未定义书签。 3.2.4 其它部件的质量估算.......................... 错误！未定义书签。 3.3 手臂计算及电机选择............................ 错误！未定义书签。 4 结论.......................................... 错误！未定义书签。【参考文献】................................... 错误！未定义书签。致谢............................................ 错误！未定义书签。附录1：英文文献 .................................. 错误！未定义书签。附录2：英文文献翻译 .............................. 错误！未定义书签。

关节型搬运机器人设计..

关节型搬运机器人设计摘要随着现代工业机器人技术的发展，工业机器人的使用迅速增长。本文通过对国内外工业机器人的分析，并结合搬运所需要的条件，设计出了工厂自动化生产和生产线使用的搬运机器人。本文着重对搬运机器人的总体设计方案、机构及控制系统从理论上进行了详细的分析和设计。在搬运机器人总体设计中，采用了应用最为广泛的平面关节型；在机构设计中，主要设计了搬运机器人末端执行器、手腕、手臂和腰的机械结构；在末端执行器设计上采用了一种具有接近觉、接触觉及滑动觉的初级智能机械手；在控制系统的设计中，采用可编程控制器（PLC）进行控制，并对控制系统的硬件原理做了分析，对PLC 的程序也进行了编译；在驱动系统设计中，采用了气动和电机两种驱动方式，主要动作采用电机驱动。关键词：搬运机器人，三感觉机械手，可编程序控制器 Design of the joint transporting robot Abstract Under the development of the modern industrial robot’s technology , the use of industrial robot increases rapidly. Through analyzing the domestic and foreign industrial robots, combing the conditions of the transportation, the transporting robot for the factory automation produce and the production line is designed in this article. The emphasis on this article is to analyze and design the transporting robot in theory. The analytical objects include the total scheme, the mechanism design, and the control system design. In the total scheme design, the most wildly applied plane joint type is chosen. In the mechanism, the transporting robot’s end-effector, the wrist, the arm and the waist are mainly designed. A kind of the approaching sense, the contact sense and the skidding sense primary intelligence manipulator is adopted in the end-effector; In the control system, the programmable controller (PLC) is used, the principle of hardware is analyzed and the programs in PLC are compiled. In the actuating system, two driving types are used which include the pneumatic operation and the motor. The main movement is driven by the motor. Key words: Transporting robot, three feelings manipulators, programmable controller （PLC）

关节机械手腕部设计

第一章绪论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。机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造中的一个重要组成部分。机器人显著地提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。因而受到各先进工业国家的重视，投入大量人力物力加以研究和应用。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,统称为机器人。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，以完成各项规定操作。它的特点是除了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。它可以灵活运用在工业上的各个方面，如喷漆、焊接、搬运等。第二类是需要人工操作的，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。第三类是专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机器人在国外称为“Mechanical Hand "，它是为主机服务的，由主机驱动;除少数外，工作程序一般是固定的，采用机械编程。因此是专用的。本课题通过对通用机器人smart6.50R 的结构进行分析和研究，完成对其腕部的设计，最终期望腕部与小臂、手部、大臂能够协调工作，能够完成各种现代工业加工过程中所要求的动作。本课题的设计思路是：借助已有的通用机器人的腕部设计思想和方法，综合考虑腕部机构在机器人运动中所起的作用和机器人的整体技术参数。

4-DOF搬运机器人的结构设计

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，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。本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了搬运机器人的运动机理。在此基础上，确定了四自由度搬运机器人的基本系统结构，对搬运机器人的结构进行了简单的强度计算，完成了搬运机器人机械方面的设计（包括传动部分、执行部分、驱动部分）和简单的三维实体造型工作。本设计为四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、一个旋转方向和一个气爪运动。机器人的机械结构主要包括由三个电磁阀控制的气缸来实现机器人的上升下降运动及夹紧工件的动作，一个步进电机控制机器人的正反转。在控制器的作用下，搬运机器人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。设计的搬运机器人运用于自动化生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率，本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。关键词：搬运机器人，强度计算，结构设计指导老师签名： Structure designing of 4-DOF handling robot Student name: Class: Supervisor:

Abstract：In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. This paper studies the current situation of the development of mechanical hand, by studying the working principle of the robot, familiar with handling robot locomotion mechanism .On this basis, identified 4-DOF of handling robot 's basic system architecture , simple strength calculation was made on handling robot structure ,finish handling robot mechanical design ( including transmission part, operative, driving part ) and simple 3D solid modeling work.This scheme introduced a cylindrical robot for four degree of freedom. It is composed of two linear axes ，one rotary axis and a pneumatic claw movement.The manipulator mechanical structure includes three solenoid valves controlled by air cylinder to achieve the increased decline in sports and workpiece clamping action,a stepper motor control manipulator positive inversion. Controller only allows these devices move from one assembly line to other assembly line in space, perform relatively simple taskes. Designed of the handling robot used in automatic production line, realizing the automatic production, reduce industrial workers much repetitive work, also can improve labor productivity.This paper is more comprehensive introduction and summing-up for the for the whole design work. Keywords：Transfer robot, Strength calculation,Structure design Signature of Supervisor:

6关节机器人介绍

BONMET ROBOT 在当今高度竞争的全球市场，工业实体必须快速增长才能满足其市场需求。这意味着，制造企业所承受的压力日益增大，既要应付低成本国家的对手，还要面临发达国家的劲敌，二后者为增强竞争力，往往不惜重金改良制造技术，扩大生产能力。自动化的优势机器人自动化一系列广受好评的优势，可参见”投资机器人的10大理由”。许多行业尤其是工程、食品等传统行业，普遍面临劳动力老龄化、对年轻人缺乏吸引力的问题。引入机器人解决方案之后，可减轻对传统技术人员的依赖，充分发挥IT、计数机等新兴技术的优势，相关人才也更容易在年轻一代中物色。改善困难的工作条件与安全性在高温、腐蚀等高危环境中，高柔性的自动化系统能够代替工作

人员勇挑重担。工作人员从事高度重复性的操作，稍有不慎就会造成经济或质量损失等。而实现自动化作业之后，工作人员便可以转调到对技能要求更高的岗位，工作成就感也将随之上升。恻然解决了招人难、留人难、老龄化这些问题。优质稳定的产品与工艺降低生产成本高度柔性的机器人自动化系统能根据市场需求的波动灵活性增减产量；每逢订单激增，即可安排夜班或周末班，而只负担有限的加班成本。机器人自动化还能加快产品转换，在确保品质恒定如一的同时，实现小批量、短周期、多频次供货，从而提升服务水准。自动化系统的重复定位精度与一致性俱优，加工公差更小，工艺控制更严，能长期确保优异的产品质量、最大限度降低生产和劳动力成本。提高生产效率机器人是开源节流的得利助手，能有效降低单位制造成本。只要给定输入成值，机器人就可确保生产工艺和产品质量的恒定一致，显著提高产量。自动化将人类从枯燥繁重的重复性劳动中解放出来，让人类的聪明才智和应变能力得以释放，从而生产更大的经济回报。

管道机器人结构设计

φ700mm-φ1000mm管道机器人结构设计在工农业生产及日常生活中，管道作为一种重要的物料运输手段，其应用范围极为广泛。管道在使用过程中，由于各种因素的影响，会产生各种各样的管道堵塞与管道故障和损伤。如果不及时的管道进行检测、维修及清理就可能产生事故，造成不必要的损失。然而，管道所处的环境往往是不易直接达到或不允许人们直接进入的，检测及清洗难度很大。因此最有效的方法之一就是利用管道机器人来实现管道内的在线检测、维修和清洗。管道机器人在我国处于发展阶段，具有广阔的市场前景。管道机器人相对于人工操作来说，有无可比拟的优势。管道机器人在计算机控制下，可进行采样、检测等动作。而单片机技术的发展，为管道机器人的方便应用提供了一个良好的基础技术。利用单片机，可以实现管道机器人的控制，是管道机器人设计中较好的选择。通过对国内外管道机器人研究现状分析，总体看来，国内外已经在管内作业机器人领域取得了大量的成果，主要应用在管道检测、维修及空调通风管道的清洗等方面。但对于金属冶炼厂烟气输送管道中烟灰堆积层的清理这种特殊管内作业的自动化装置研究目前少有报道。因此研制适应于金属冶炼厂烟气管道烟灰清理的管道清灰机器人将具有重大的现实意义。此次设计的管道机器人主要应用在金属冶炼厂、化工企业等烟气输送管道烟灰堆积层的清理，作为载体，通过安装不同的设备可实现排水管道的监测、清理。编辑：林冰宁波广强机器人科技有限公司管道检测机器人是由控制器、爬行器、高清摄像头、电缆等组成。在作业的时候主要是由控制器控制爬行器搭载检测设备进入管道进行检测。检测过程中，管道机器人可以实时传输管道内部情况视频图片以供专业维修人员分析管道内部故障问题。使用管道检测机器人的优势： 1.安全性高。使用广强管道机器人进入管道查明管道内部情况或排除管道隐患，如果是人工作业的话，往往存在较大的安全隐患，而且劳动强度高，不利于工人的健康。广强管道机器人智能作业可有效提高作业的安全性能。 2.节省人工。管道检测机器人小巧轻便，一个人即可完成作业，控制器可装载在车上，节省人工，节省空间。 3.提高效率和品质。广强管道机器人智能作业定位准确，可实时显示出日期时间、爬行器倾角（管道坡度）、气压、爬行距离（放线米数）、激光测量结果、方位角度（选配）等信息，并可通过功能键设置这些信息的显示状态；镜头视角时钟显示（管道缺陷方位定位）。 4.防护等级高，摄像头防护等级IP68，可用于5米水深，爬行器防护等级IP68，可用于10米水深，均有气密保护，材质防水防锈防腐蚀，无需担心质量问题，因为广强只做国内最好的管道机器人。 5.高精度电缆盘，收放线互不影响，可选配长度。

关节型机器人腕部结构结构设计说明

关节型机器人腕部结构结构设计 1绪论 1.1 选题背景及其意义本题设计的是关节型机器人腕部结构，主要是整体方案设计和手腕的结构设计及控制系统设计，此课题来源于实际生产，对于目前手工电弧焊接效率低，操作环境差，而且对操作员技术熟练成都要求高，因此采用机器人技术，实现焊接生产操作的柔性自动化，提高产品质量与劳动生产力，实现生产过程自动化，改善劳动条件。题目要求是：动作范围：手腕回转ο150,摆动ο90,旋转ο360。各轴最大速度要求：s /30ο。额定载荷kg 5，最大速度s m /3。2、腕部最大负荷： 5kg 。机器人是近30年发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。自古以来,人们所设想的机器人一般是一种在外形和功能上均能模拟人类智能的机器。特别是在20世纪20年代前后,捷克和美国的一些科幻作家创作了一批关于未来机器人与人类共处中可能发生的故事之类的文学作品,更使机器人在人们的思想中成为一种无所不能的“超人”。在现实生活中,一些民间工匠根据这些文学描绘,也制造出一些仿人或仿生的机器人。然而在当时的科技条件下,要使机器人具有某种特殊的“智能”而成为“超人”,显然是不可能的。美国的戴沃尔设想了一种可控制的机械手,他首先突破了对机器人的传统观点,提出机器人并不一定必须像人,但是必须能做一些人的工作。1954年,他依据这一想法设计制作了世界上第一台机器人实验装置,发表了《适用于重复作业的通用性工业机器人》一文,并获得了美国专利。戴沃尔将遥控操纵器的关节型连杆机构与数控机床的伺服轴联结在一起,预定的机械手动作一经编程输入后,机械等就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人也可以接受示教而完成各种简单任务。示教过程中操作者用手带动机械手依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列记录在数字存储器中，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下再现出那些位置序列。 1.2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）随着全球能源短缺、环境污染以及温室效应等问题的日益突显。寻找可持续

搬运机器人结构设计与分析_毕业设计

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 搬运机器人结构设计与分析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，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。本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到本课题中，从而使得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在内的机械结构设计。此搬运机器人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ Abstract In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment.Through a detailed understanding of the robot in the industrial application,to propose specific handling robot design requirements,and according to the robot design principles of various parts,for the system as well as including:the robot's hand, wrist, arm, waist, the design of mechanical structures.The transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including:plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc.Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion,And realize the operational handling robot. Keywords：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design；Operating

机器人的结构形式及各类结构的特点

机器人的结构形式及各类结构的特点摘要：如今机器人已被广泛应用于机械、印刷机械、汽车工业、食品生产工业、药品生产工业、电子工业、机器制造业和化妆品生产等行业，不同领域因其需要的多样性和特殊性，也导致机器人在结构形式上存在多样性和特殊性。关键字：结构形式，结构坐标系 2011302590173 刘亚辉遥感信息工程学院

一、引言机器人按ISO 8373定义为：位置可以固定或移动，能够实现自动控制、可重复编程、多功能多用处、末端操作器的位置要在3个或3个以上自由度内可编程的工业自动化设备。这里自由度就是指可运动或转动的轴。工业机器人按其结构形式及编程坐标系主要分类为关节型机器人、移动机器人、水下机器人和直角坐标机器人等。按主要功能特征及应用分为移动机器人、水下机器人、洁净机器人、直角坐标机器人、焊接机器人、手术机器人和军用机器人等。机器人学涉及到机器人结构，机器人视觉，机器人运动规划，机器人传感器，机器人通讯和人工智能等许多方面，不同用处的机器人涉及到不同的学科，下面仅对这些机器人的结构和应用进行简单介绍。机器人按照结构坐标系特点方式分类可分为：直角坐标机器人，圆柱坐标型机器人，极坐标机器人，多关节机器人等。机器人按照机身结构特点可分为：升降回转型机身结构，俯仰型机身结构，直移型机身结构，类人机器人机身结构等。二、各种结构坐标系 1、直角坐标系机器人直角坐标型机器人结构如图所示，它主要是以直线运动轴为主，各个运动轴通常对应直角坐标系中的X轴，Y轴和Z轴，一般X轴和Y轴是水平面内运动轴，Z轴是上下运动轴。在一些应用中Z轴上带有一个旋转轴，或带有一个摆动轴和一个旋转轴。在绝大多数情况下直角坐标机器人的各个直线运动轴间的夹角为直角。直角坐标型机械手可以在三个互相垂直的方向上作直线伸缩运动，这类机械手各个方向的运动是独立的，计算和控制比较方便，但占地面积大，限于特定的应用场合，有较多的局限性。 2、圆柱坐标机器人圆柱坐标型机器人的结构如下图所示，R、θ和x为坐标系的三个坐标，其中R、是手臂的径向长度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。如果机器人手臂的径向坐标R保持不变，机器人手臂的运动将形成一个圆柱表面。