1、设计的机器人具有个自由度腰关节回转臂关节俯仰肘关节俯仰④腕关节仰腕摆腕旋腕。其中要详细地设计机器人基座和腰部的结构。整体机器人要实现腕部最大负荷，最大速度，最大工作空间半径。机器人是近年发展起来的种典型的机电体化的的自动化生产工具。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，也是新技术革命的个重要内容。自古以来,人们所设想的机器人般是种在外形和功能上均能模拟人类智能的机器。特别是在世纪年代前后,捷克和美国的些科幻作家创作了批关于未来机器人用性强能抓取靠进机座的物体。平面关节型采用两个回转关节和个移动关节两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动，其工作空间的轨迹图形，它的纵截面为矩形的同转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体横截面的大小形状。

2、式两边，得利用式，可以求出逆矩阵，从而可将上式改写为令矩阵方程式两端的元素对应相等，可得利用三角代换和得代入式中，得的解为式中第二项的正负号因子表明，有两个解。求在选定的个解之后，再令矩阵方程式两端的元素，和，分别对应相等，得两方程为式与式的平方和为式中已经消去,且式与式具有相同形式,因而可由三角代换求解出为式中的正负号对应的两种可能解。求为求解，在矩阵方程式两边左乘逆变换，即有或上式等号右边的变换。

3、人的运动学分析，包括正运动学方程的推导和逆运动学解的求取。参考文献汪恺机械设计标准应用手册机械工业出版社成大先机械设计手册化学工业出版社徐灏机械设计手册北京机械工业出版社徐锦康机械设计机械工业出版社殷际英,何广平关节型机器人北京化学工业出版社周伯英工业机器人设计北京机械工业出版社陈秀宁,施高义机械设计课程设计浙江大学出版社王宗荣工程图学机械工业出版社费仁元,张慧慧机器人设计和分析北京工业大学出版社龚振邦机器人机械设计北京电子工业出版社吴相宪,王正为,黄玉堂实用机械设计手册中国矿业大学出版社庞启淮小功率电动机应用技术手册机械工业出版社马香峰工业机器人的操作机设计冶金工业出版社附录序号图名图号纸张总体尺寸图腰关节装配图电机联接板基座轴承支承板基座底板中间轴小齿轮大齿轮主轴立柱前言题目来源与分析题目关节型机器人腰部结构设计来源于生产实践中。要。

4、类推。于是，可求得机器人的总变换矩阵为式所表示的关节型机器人总变换矩阵，即位姿运动方程描述了末端连杆坐标系相对于基坐标系的位姿，是对其进行运动分析和综合的基础。而且所采用的分析方法对于所有关节型机器人都是适用的。关节型机器人运动反解运动反解是讨论上述位姿运动方程的反向问题，即求由手坐标系的笛卡儿空间到关节空间即所有关节转角的逆变换，以求解诸关节转角。采用代数法反解，先将机器人的运动方程写为若末端连杆的位姿矢量已经给定，即和为已知，则可反向求出各关节变量，，„，的值。为此，可用相应的逆变换矩阵左乘式两边，以将指定的关节变量分离出来，从而求解，具体步骤如下。求可用逆变换左乘。

5、着国内外机器人的快速发展社会需求的增大和技术的进步，焊接机器人得到了迅速的发展，多品种少批量生产方式和为提高产品质量及生产效率的生产工艺需求，是推动装焊接机器人发展的直接动力。关节型机器人在轻型较简单且要求机器人价格较低的焊接作业中大显了身手。本课题正是在这种背景下提出来的，这是项具有重要意义的课题。本文主要完成了如下工作进行了机器人总体设计及腰关节的详细设计关节型机器人应该具有外形简单传动原理简单等特点，为此机器人设计成具有六自由度的结构，由机身大臂小臂腕部组成。六个自由度均为旋转关节。关节型机器人六个关节均选直流电机驱动。第个关节采用二级齿轮传动，这种传动方式具有精度高定位安装方便等优点其他五个关节都采用了锥齿轮与直齿轮的传动结构，充分利用了大臂和小臂的空间，结构紧凑。对机器人位姿问题进行了详细分析运用方法建立了杆件坐标系，完成了机。

6、。在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配。对以上五种方案进行比较方案不能够完全实现本课题所要求的动作方案二体积大，灵活性差方案三结构复杂方案五无法实现本课题的动作。结合本课题综合考虑决定采用方案四关节型机器人。此方案所占空间少，工作空间范围大，动作灵活，工艺操作精度高。额定负载目前,国内外使用的工业机器人中,其负载能力的范围很大,最小的额定负载在以下,最大可达。负载大小的确定主要是考虑沿机器人各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中应包括机器人末端执行器的重量抓取工件或作业对象的重量和在规定速度和加速度条件下，产生的惯性力矩。本课题的任务要求是保证手腕部能承受的最大载荷是。工作范围工业机器人的工作范围是根据工业机器人作业过程中的操作范围和运动的轨迹来确定的,用工。

7、式给出。令矩阵方程式两边的元素，和，分别对应相等，可得联立求解得和，即和表达式的分母相等，且为正，于是根据和解的四种可能组合，由式可以得到相应的四种可能值，于是可得到的四种可能解其中，求因为式的左边均为已知，令两边元素，和，分别对应相等，则只要≠，亦即≠或，便可求出来。将上二式两边同除以但当时，有，这时即与轴重合，与的转动效果相同，所以这时可任取，再算出相应的。求根据求出的，可进步解出，将式两端左乘逆变换,，即得,因式，，和均已解出，则逆变换,为,。

8、具有体积小转矩大输出力矩和电流成比例伺服性能好反应快速功率重量比大，稳定性好等优点。本课题的机器人将采用直流伺服电动机。因为它具有体积小转矩大输出力矩和电流成比例伺服性能好反应快速功率重量比大，稳定性好等优点。控制系统选择对于焊接机器人这种精度要求不高的工业机器人，大多采用示教再现编程。示教方式作为种成熟的技术，易被熟悉工作任务的人员掌握。无论是手把手示教或示教盒示教，都是以在线编程，由示教操作人员操作移动末端执行器和手臂到所需的位置。然后记录存储下这些操作和数据。示教过程完成后，即可应用，机器人以再现方式重复进行示教时存于存储器的点位轨迹和各种操作。再现过程的速度可以与示教时速度不同。利用示教手柄由人工引导末端执行器经过所要求的轨迹，此时位置传感器就检测出机器人操作机上各关节处的坐标或转角值，控制系统的装置记录储存下这些数字化的数据信。

9、此外，方程式的右边,，也可由式给出。令式两边矩阵中的元素，和，分别对应相等，可得由此可得的封闭解求将改写为,令矩阵方程两边元素，和，分别对应相等，可得从而可以求出的封闭解综上所述，再考虑到等于，或不等于的两种情况，自由度关节型机器人对于同手部位姿可能存在种关节转角组合。至此，已求出了全部的关节变量，即求得位姿矩阵的逆解。可以看出，只有,,三式中有，和,故它们确定了手部坐标系原点的空间位置。,,三式中有，和,所以它们确定了手部坐标系的姿态方位。由此可以得出当关节机器人后关节轴线交于点时，前后个关节具有不同的功用。前关节连同它的杆件，称作位置机构后关节连同它的杆件，称作姿态机构。结论我国机器人的研究和应用起步较晚，但是随。

10、应管等电力电子器件脉冲调宽技术和计算机控制技术的发展，使交流伺服电机在调速性能方面可以与直流电机媲美。采用位位三环位置速度电流全数字控制，增量式码盘的反馈可达到很高的精度。三倍过载输出扭矩可以实现很大的启动功率，提供很高的响应速度。液压伺服马达液压伺服马达具有较大的功率体积比，运动比较平稳，定位精度较高，负载能力也比较大，能够抓住重负载而不产生滑动，从体积重量及要求的驱动功率这几项关键技术考虑，不失为个合适的选择方案。但是，其费用较高，其液压系统经常出现漏油现象。为避免本系统也出现同类问题，在可能的前提下，本系统将尽量避免使用该种驱动方式。常用的驱动器有电机和液压气动驱动装置等。其中采用电机驱动是最常用的驱动方式。电极驱动具有精度高，可靠性好，能以较大的变速范围满足机器人应用要求等特点。所以在这次设计中我选择了直流电机作为驱动器。因为它。

11、。再现时，机器人控制系统重复再现示教者示教的轨迹和操作技能。手把手示教也能实现点位控制，所不同的是它只记录各轨迹程序段的两端位置。轨迹运动速度则按各轨迹程序段对应的功能数据输入。确定关节型机器人手臂的配置形式手臂的配置形式反映了机器人操作机的总体布局。根据任务要求,要实现机器人焊接功能,则机器人的工作范围要广,所以我选择了立柱式的配置方式。其特点是占地面积小,工作范围大,机器人手臂可绕立柱回转。根据分析,可将机器人的参数列在表中表关节型机器人的主要参数项目技术要求结构型式关节型自由度数运动范围最大速度∕腕部最大负荷续表项目技术要求驱动方式直流电机重复定位精度控制方式∕操作方式示教再现存储容量再将式与式相乘，可得其中，表示，。

12、空间来表示的。工作空间的形状和尺寸则影响机器人的机械结构坐标型式自由度数和操作机各手臂关节轴线间的长度和各关节轴转角的大小及变动范围的选择。图运动范围图操作机的驱动系统设计关节型机器人本体驱动系统包括驱动器和传动机构，它们常和执行机构联成体，驱动臂杆和载荷完成指定的运动。通常的机器人驱动方式有以下四种步进电机可直接实现数字控制，控制结构简单，控制性能好，而且成本低廉通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制。但是由于采用开环控制，没有误差校正能力，运动精度较差，负载和冲击震动过大时会造成失步现象。直流伺服电机直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动力矩，相对功率大及快速响应等特点，并且控制技术成熟。其安装维修方便，成本低。交流伺服电机交流伺服电机结构简单，运行可靠，使用维修方便，与步进电机相比价格要贵些。随着可关断晶闸管，大功率晶闸管和场。

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