的关系类似于人的视觉与触觉的关系，与触觉相比，视觉需要复杂的信息处理技术与高速运算能力，成本较高，而触觉则比较简单，可靠且较易实现。但在有些情况下，视觉可完成对作业对象形状和姿态的识别，可比较全面的获得周围环境数据，在些特殊装配场合有很大优越性，如在无定位自主式装配远程遥控装配无人介入装配等情况下特别适用。因此如何采用合适的硬件系统对信息进行采集传输，并对数据进行分析处理识别，以得到有用信息用于控制也是个关键问题。多路传感器信息融合技术由于装配机器人中运用多种传感器来采集信息，得到的信息也是多种多样，必须用有效的手段对这些信息进行处理，才能得到有用信息。因此，信息融合技术也成为制约检测技术发展的瓶颈。检测传感装置的集成化和智能化技术检测传感装置的集成化能形成复式传感器或矩阵式传感器，而把传感器和测量装置集成则能形成体化传感器。这些方法都能使传感器功能增加体积变小并使检测传感系统性能提高，更加稳定可靠。检测传感装置的智能化则是在检测传感装置中添加微型机或微处理器，使其具有自动判断，自动处理和自动操作等功能。加快系统响应速度消除或减小环境因素影响提高系统精度延长平均无故障时间。项目的主要研究内容项目研究的主要内容技术方案及其意义本课题是要设计个教学机器人。作为工业机器人的己有很多成熟的产品，但大多驱动装置采用伺服电机，传动系统采用减速机，由这些部件构成的整机价格昂贵，不适宜于作为教学用途。而教学机器人相对而言对运动精度的要求要比工业场合用的机器人所要求的精度低，对运动速度和稳定性的要求也不高，它只需具备机器人的基本元素，达到定的精度即可。实际上由步进电机构成的开环系统精度已经很高，能满足教学用途，而且成本比伺服电机构成的闭环半闭环系统低很多。谐波传动也是精度高传动平稳并且很成熟的项传动技术。因此自主开发低成本的教学机器人很有意义。对本机器人的研制，拟采用步进电机作为动力装置，采用谐波减速机作为传动链的主要部件，同时辅以同步齿形带和滚珠丝杠等零部件来构成机器人的机械本体。控制系统采用基于的运动控制架构，研究机器人关节空间的轨迹规划算法和笛卡儿空间的直线轨迹规划算法，利用控制卡提供的运动控制库函数在环境下用开发控制系统的软件。项目研究的总体步骤是选出最优传动方案关键零部件选型机械系统三维建模零部件工程图和总装图控制系统设计运动学分析及位姿误差建模控制软件的开发以及轨迹规划算法的研究。拟解决的关键问题抗倾覆力矩问题的解决。机器人的大臂和小臂重量大，悬伸也大，造成很大的倾覆力矩，影响机器人的性能，通过合理的机械结构设计来加以解决。机器人的运动学分析以及位姿误差建模方法的研究。根据运动学参数法，建立通用机器人位姿变换方程，在位姿变换方程的基础上建立机器人位姿误差的数学模型，采用矩阵变换直接推导出机器人末端位姿误差与运动学参数误差的函数关系式。机器人轨迹规划算法的研究。包括给定起点和终点的关节轨迹规划运动算法，以及给定起点和终点的直线轨迹规划运动算法。第二章机器人的机械结构设计近年来，工业机器人有个发展趋势机械结构模块化和可重构化。例如关节模块中的伺服电机减速机检测系统三位体化由关节模块连杆模块用重组方式构造机器人整机国外己有模块化装配机器人产品问市。本章介绍模块化的设计方法在机器人的结构设计中的应用。机器人的总体设计机器人的技术参数抓重自由度运动参数大臂。回转角度，角速度小臂。回转角度，角速度手腕回转。回转角度，角速度。手腕升降升降距离，线速度机器人外形尺寸与工作空间依据设计要求，机器人的外形尺寸如图所示，工作空间如图。图机器人的结构图图机器人的轴侧图图机器人的轴侧图机器人的总体传动方案目前，机器人的传动系统中主要是使用减速器或谐波减速器。减速器是近几年发展起来的以两级减速和中心圆盘支撑为主的全封闭式摆线针轮减速器，与其它减速方式相比，减速器具有减速比大同轴线传动传动精度高刚度大结构紧凑等优点，适用于重载高速和高精度场合。谐波减速器也具有传动比大，承载能力大，传动精度高，传动平稳，传动效率高，结构简单体积小，重量轻等优点，而且相对于减速器而言，其制造成本要低很多，所以在本设计中采用谐波减速机。机器人大小臂均要承受轴向压力和倾覆力矩，所以大臂和小臂均采用谐波减速机加推力向心交叉短圆柱滚子轴承结构。而推力向心交叉短圆柱滚子轴承刚度高，能承受轴向压力与径向扭矩，与谐波减速机配合正符合机器人大小臂高刚性及高的抗倾覆力矩的要求。这样有利于缩短传动链，简化结构设计伙，。由于主轴处于机器人小臂末端其具体表达式推导如下由公式求得由得可以认为是由微分运动矢量,所组成，其中得前三个元素为位置误差，后三个元素为姿态误差。矢量为用,了来表示杆件的实际误差，则上式可表示为其中为误差系数矩阵。上式表示由于杆件运动学参数误差所造成的微分变化，由于要对机器人末端手臂工具坐标系进行实际测量。需将误差变换到手臂末端工具坐标系上，由于杆件到手臂末端工具坐标系的微分变换可将式误差变换到手臂末端工具坐标系上。若有杆件到手臂末端工具坐标系的变换矩阵如下则有杆件到末端工具坐标系的微分变换将，变换到手臂末端工具坐标系记为式中表杆件运动学参数误差变换到手臂末端工具坐标系上的误差矢量。表杆件运动学参数误差所造成的微分变化。称为杆件到手臂末端工具坐标系的雅可比微分变换矩阵。其中则有所以由上面各式可得机器人末端位姿总误差。为各杆件运动学参数误差变换到手臂末端工具坐标上的误差矢量之和，即式中为单位矩阵。式假定工具坐标系相对末端连杆坐标系也有运动学参数及相应的参数误差存在。若直接考虑末端执行器相对末端连杆坐标系个相应位姿误差时，则式中小结本文所建立的机器人末端位姿误差计算模型不需要进行求导，只需进行相应的矩阵乘法运算，采用矩阵变换直接推导出机器人末端位姿误差与运动学参数误差的函数关系式，简单实用。得出的结论也有利于后面进步研究中的误差标定。由于位姿变换方程与位姿误差模型都建立在坐标系变换基础上，所以该位姿变换方程与位姿误差模型同样适用于运动部件间存在坐标变换的复杂系统，如加工中心或数控机床中加工刀具与零件之间误差传递计算等。总结随着机器人技术的进步发展，其应用必将越来越广泛。机器人学这门课程必将越来越重要，实验设备的缺口也必然越来大。研制教学机器人是很有必要的。目前本设计所完成的主要工作是在分析设计要求的基础上提出机器人总体设计方案用三维造型软件完成四自由度机器人的机械结构设计，完成机器人整体装配图及主要零部件的工程图绘制。所设计机器人基本上实现模块化设计，符合发展趋势。三个模块相互结构简单零部件少精度高可靠性高，不仅适用于平面关节式装配机器人设计，其二关节模块结构同样适用于其他关节式机器人前端转动关节设计。采用特殊轴承和特殊的传动结构解决了机器人的抗倾覆问题，这种特殊结构有益于提高系统机械性能。分析了机器人的运动学正解和逆解。建立了机器人末端位姿误差计算模型。该模型不需要进行求导，只需进行相应的矩阵乘法运算。该位姿变换方程与位姿误差模型同样适用于运动部件间存在坐标变换的复杂系统。在此很高兴能有这么好的学习机会，让我从中学会了很多新的知识。在整个设计过程中可能有欠缺的地方，望老师予以批评指正。不胜感激。参考文献熊有伦机器人技术基础武汉华中科技大学出版社，王坤兴机器人技术的发展趋势机器人技术与应用，吴宗泽机械设计，北京人民交通出版社，李蕾，崔建国精密机械设计北京化学工业出版社，赵松年，张奇鹏机电体化机械系统设计北京机械工业出版社，唐颖莉，郑时雄，刘桂雄基于墒概念的机器人动态误差理论的研究误差源的研究及其对位姿方程的影响机械科学与技术陈志翔，黄勇，殷树言，卢振洋弧焊机器人离线编程系统分析与设计机械工程学报，杜浩藩，丛爽等种用于搬运和装配作业的自由度机器人系统制造业自动化，贾庆贤，杨磊等机器人模块化关节的设计与实现机电产品开发与创新，明谈世哲，杨汝清，开放式机器人运动学分析与动力学建模组合机床与自动化加工技术，王仲民，蔡霞，崔世钢种四自由度机器人的运动学建模天津职业技术师范学院学报。焦国太，余跃庆，梁浩机器人位姿误差的结构矩阵分析方法应用基础与工程科学学报，黄家贤机构精确度第版西安西安电子科技大学出版社，肖郑进平面关节式装配机器人精度分析南京理工大学学报阎华，刘桂雄，郑时雄机器人位姿误差建模方法综述机床与液压基于的新代数控系统，步进机电有限公司高钟敏机电控制工程第版清华大学出版社，张爱红，张秋菊机器人虚拟示教的实现方法机床与液压许春山，王建平，曹广义，赵锡方基于的机器人控制系统软件实现，中国科技论文在线。致谢本文是在尊敬的导师许瑛教授的精心指导下完成的。许老师师渊博的学识开阔的视野敏锐的洞察力严谨的治学态度求实创新的工作作风，永远是我学习的榜样，也将始终引导和激励着学生在科学技术的殿堂里探索前进。老师令人敬佩的平易近人的处世方式也为学生树立了榜样。学生所取得的每点点成绩和每次的进步，无不凝聚着老师大量的心血。在此论文完成之际，谨向许老师致以最崇高的敬意和衷心的感谢,和帮助，在此向桂老师表示衷心的感谢。桂老师全面活跃的思维方式丝不苟的治学态度和勤奋务实的工作作风给我留下了深刻的印象，并将使我受益终生。感谢我的家人。他们的支持和理解是我完成学业的前提和动力。没有他们的支持我不可能顺利完成我的学业。值此论文完成之际，向所有给