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東莞理工學(xué)院城市學(xué)院
本科畢業(yè)論文
設(shè)計(jì)(論文)題目：關(guān)節(jié)機(jī)械手設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)與控制編程）
學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：
二級學(xué)院： ?！ I(yè)：
班 級： 學(xué) 號：
日期： 年 月 日
摘要
摘 要
機(jī)器人技術(shù)是機(jī)電一體化產(chǎn)品，遭受的機(jī)器人成為一個(gè)領(lǐng)先的研究員專家反對。深藏在不同領(lǐng)域，如機(jī)械，電子，信息理論，人工智能，生物學(xué)和計(jì)算機(jī)，知識等諸多領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)械接頭端的設(shè)計(jì)，機(jī)器人也導(dǎo)致了這些學(xué)科的發(fā)展。關(guān)節(jié)型機(jī)器人是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，工藝多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)熱點(diǎn)手臂運(yùn)動(dòng)更多的領(lǐng)域進(jìn)行合作研究。機(jī)械，電子，信息理論，人工智能，知識和生物和計(jì)算機(jī)許多學(xué)科，但其發(fā)展的多機(jī)構(gòu)銜接所需組合治療也促成了這些學(xué)科的發(fā)展。多臂關(guān)節(jié)領(lǐng)導(dǎo)的多關(guān)節(jié)臂運(yùn)動(dòng)。
本文采用在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的關(guān)節(jié)型機(jī)器人，并完成圖紙和零件圖總裝配圖。為機(jī)器人模型的要求被分析以估計(jì)鴕鳥機(jī)的每個(gè)關(guān)節(jié)，充分的選擇所需要的轉(zhuǎn)矩和功率。完成關(guān)節(jié)型機(jī)器人的程序設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型操盤分析，檢查，分析機(jī)器人模型，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)機(jī)器人模型做的過程中強(qiáng)度的關(guān)鍵部件，繪制2D圖，3D圖，完整的運(yùn)動(dòng)仿真，編程。
關(guān)鍵詞：機(jī)械臂，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)機(jī)械手，鴕機(jī)
Abstract
Robotics is one of mechatronics products, articulated robot has become an important research scientist experts object. Design of mechanical joints hand deep into various fields, such as the development of machinery, electronics, information theory, artificial intelligence, biology, and computer and many other disciplines of knowledge, the robot also led to the development of these disciplines. Articulated robot is a typical mechatronics products, processes multi-joint movements is a hot arm movement more areas for joint research. Treatment of multi-institutional articulation required combination of mechanical, electronic, information theory, artificial intelligence, knowledge and biological and computer many disciplines, but its development also contributed to the development of these disciplines. Multi-arm articulation led multi-joint arm movement.
This paper, an articulated robot used in the structural design, and complete drawing and part drawing general assembly drawings. Requirements for the robot model is analyzed to estimate the required torque and power of each joint, complete selection of ostrich machine. Complete articulated robot program design, general design, structural design, kinematics manipulator model analysis; key components of strength checking robot model, the design and manufacturing of robot models to do the process were analyzed; drawing two-dimensional maps, three-dimensional map, complete motion simulation, the programming language.
Keywords: arm, structural design, articulated robot, ostrich machine
5
目 錄
摘 要 II
Abstract III
1、緒論 1
1.1引言 1
1.2 關(guān)節(jié)機(jī)械手研究概況 2
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3
1.3 關(guān)節(jié)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu) 4
2、總體方案設(shè)計(jì) 6
2.1 技術(shù)參考數(shù)據(jù) 6
2.2 關(guān)節(jié)機(jī)械手工程概述 6
2.3 工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案論述 7
2.4 關(guān)節(jié)機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)原理 8
2.5 關(guān)節(jié)機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì) 9
2.6 舵機(jī)的工作原理 11
3、關(guān)節(jié)機(jī)械手主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.1 末端執(zhí)行器負(fù)載計(jì)算 12
3.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.2.1確定設(shè)計(jì)變量 20
3.2.2建立目標(biāo)函數(shù) 20
3.2.3確定約束條件 21
3.2.4寫出優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 23
3.3 機(jī)構(gòu)受力分析 24
3.4 銷軸的計(jì)算校核 24
3.4 微型伺服電機(jī)（舵機(jī)）的選擇 28
3.4.1 舵機(jī)的選型 28
3.4.2 輝盛MG945舵機(jī)的控制特性 29
4、關(guān)節(jié)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30
4.1 關(guān)節(jié)機(jī)械手的工藝過程 30
4.2 PLC 控制系統(tǒng) 31
4.2.1 確定輸入/輸出點(diǎn)數(shù)并選擇 PLC 型號 31
4.2.2 分配 PLC 的輸入/輸出端子 31
4.2.3 所需元器件明細(xì)表 32
4.3 PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 32
總 結(jié) 37
參考文獻(xiàn) 38
致 謝 39
1、緒論
1.1引言
關(guān)節(jié)型機(jī)器人是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，工藝多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)熱點(diǎn)手臂運(yùn)動(dòng)更多的領(lǐng)域進(jìn)行合作研究。機(jī)械，電子，信息理論，人工智能，知識和生物和計(jì)算機(jī)許多學(xué)科，但其發(fā)展的多機(jī)構(gòu)銜接所需組合治療也促成了這些學(xué)科的發(fā)展。多臂關(guān)節(jié)領(lǐng)導(dǎo)的多關(guān)節(jié)臂運(yùn)動(dòng)。
1959年成為世界上第一個(gè)工業(yè)多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)的誕生，創(chuàng)造發(fā)展胳膊的新時(shí)代的多關(guān)節(jié)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)營研究部門的應(yīng)用多聯(lián)快速發(fā)展。加藤一郎，日本早稻田大學(xué)手臂關(guān)節(jié)和更多的世界知名專家，教授說：“一個(gè)很大的特點(diǎn)，多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該有工作?！钡姆绞绞?，在自動(dòng)化程度高的，電力系統(tǒng)更復(fù)雜。偉大的發(fā)明家愛迪生曾經(jīng)說過，“神造人的兩條腿是最美麗的杰作?！痹撓到y(tǒng)具有豐富的動(dòng)態(tài)環(huán)境的要求非常低，無論是在地面上，而且在非結(jié)構(gòu)化地形復(fù)雜，適應(yīng)性良好的環(huán)境狀態(tài)。為了延長多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的功能和應(yīng)用開辟無限廣闊的發(fā)展前景。
研究關(guān)節(jié)型機(jī)器人的原因和目的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：機(jī)構(gòu)的發(fā)展，使他們對結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性的工作，許多圈子，而不是個(gè)人或更新和人類活動(dòng)的領(lǐng)域擴(kuò)展;希望更多的人有一個(gè)內(nèi)在的理解和認(rèn)識，并使用這些功能對個(gè)人服務(wù)，如假肢。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與在此領(lǐng)域豐富的研究，其研究和臂運(yùn)動(dòng)更加危險(xiǎn)的機(jī)器的擴(kuò)展，多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)可以作為一個(gè)多關(guān)節(jié)臂的移動(dòng)智能播放在人工智能領(lǐng)域的一個(gè)重要的角色。
多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)的定義，世界上唯一的格式是不一樣的。手臂運(yùn)動(dòng)協(xié)會(huì)與更多的企業(yè)的聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化最近在他的手臂采用了國際對美國帶來的多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的定義：操作臂多聯(lián)合演習(xí)是一個(gè)多功能可編程的操作系統(tǒng)，你可以改變該程序的操作完成各種各樣的工作，尤其是對物料輸送，傳動(dòng)部件。參照國際定義，和語言的組合的中國多臂關(guān)節(jié)的定義如下：
機(jī)械手的多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)是一個(gè)獨(dú)立的行動(dòng)，更自由，靈活地改變程序，它可以放置在任何地方，自動(dòng)化程度高的機(jī)器的自動(dòng)化。汽車油漆或其他涂料行業(yè)鉸接多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)E'可用。
多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)臂高剛性臂，與其它可能的相比，必須要快，能夠進(jìn)行重的東西，且精度非常高，可以基于外部信號，各種自動(dòng)操作的。
處理的多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)可編程的自動(dòng)控制裝置的控制下。使用的多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)操作臂是提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和工作的生產(chǎn)率，生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，改善了工作條件，并降低了勞動(dòng)強(qiáng)度的有效手段。誕生和多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，雖然只有30歲，但已經(jīng)應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的許多部門，民間的技術(shù)，應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景，顯示出強(qiáng)大的生命力[1-2]。
1.2 關(guān)節(jié)機(jī)械手研究概況
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
人類和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)原理的第一個(gè)系統(tǒng)研究是邁布里奇發(fā)明了照相機(jī)跟單，即設(shè)定的觸發(fā)相機(jī)的電源，并在1877年他成功地參加了四足和連續(xù)運(yùn)行的許多照片。后來，這種方法使用的相機(jī)是用來研究人體運(yùn)動(dòng)Demeny。從1930年到1950年，蘇聯(lián)也伯恩斯坦從深入人類和動(dòng)物研究的生物動(dòng)力機(jī)制的角度看，并提出??的議案非常形象化的描述。
真正研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)多關(guān)節(jié)全面，系統(tǒng)于1960年推出至今，聯(lián)合多月的手臂比較完整的理論體系只有形成，并在一些國家，如日本，美國和“蘇聯(lián)已成功開發(fā)出可以是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的，多臂樞軸原型。在這一節(jié)中，我們介紹了1960年至1985年期間，臂多關(guān)節(jié)實(shí)地達(dá)到的運(yùn)動(dòng)的最重要的進(jìn)展的團(tuán)隊(duì)。
在20世紀(jì)60年代和70年代，武裝多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制理論產(chǎn)生三種類型的控制方法是非常重要的，這限制了國家控制，控制參考模型和控制算法。這三種控制的方法對所有類型的關(guān)節(jié)機(jī)械手都是適用的。國家控制是通過在1961年提出的模型的參考檢查于1975年由美國法恩斯沃思南斯拉夫托莫維奇限制，該算法是由著名的胳膊南斯拉夫研究所米哈伊爾?羅多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)專家鮑賓控制Vukobratovic博士1969 - 1972年的教堂中扣除。有這三種類型的控制方法之間的內(nèi)在關(guān)系。有限狀態(tài)控制實(shí)質(zhì)上是一個(gè)控制參考模型，并且該控制算法是這種情況[1]的中心。
在搜索步態(tài)，蘇聯(lián)Bessonov和Umnov定義“最佳步態(tài)”，Kugushev和Jaro-
shevskij定義自由的步伐。這兩種步態(tài)不僅能適應(yīng)，而且要適應(yīng)胳膊多條腿多企業(yè)的動(dòng)向。在這些中，對于自由路徑的步驟的條件的規(guī)則。如果地形是非常粗糙的，所以運(yùn)動(dòng)臂多關(guān)節(jié)，下一步應(yīng)放在哪里腳不能基于對步驟序列來加以考慮，但應(yīng)通過步驟以便攀登者去步驟通過一些優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)來確定哪個(gè)是所謂的自由速度。
穩(wěn)定性研究手臂動(dòng)作的多關(guān)節(jié)，美國Hemami，該提議的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的控制的簡化模型作為振蕩器，反轉(zhuǎn)（倒立擺），它可以被解釋為在換能器存在的問題的向前運(yùn)動(dòng)。此外，減少了控制的考慮，Hemami，誰也研究手臂運(yùn)動(dòng)的多關(guān)節(jié)“減少型”問題的復(fù)雜性進(jìn)行了研究。
此前我們指出了系統(tǒng)的Vukobratovic還人形能量分析，但它的力量是有限的關(guān)節(jié)和隨時(shí)間的整個(gè)系統(tǒng)的變化，并沒有太多涉及這個(gè)問題的最佳功耗的出口。但是在他的研究中，Vukobratovic得出一個(gè)有用的結(jié)論，即平滑的姿態(tài)，類人型系統(tǒng)所消耗的功率就越少。
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
國內(nèi)前機(jī)器人起步較晚，我國自1980年以來，在體育領(lǐng)域的多臂共同研究和應(yīng)用。 1986年，國家啟動(dòng)了“規(guī)劃綱要”的研究多動(dòng)關(guān)節(jié)臂，中國的高科技“863”水平運(yùn)動(dòng)臂包括于1987年。目前聯(lián)合研發(fā)，中國移動(dòng)手臂多企業(yè)的研究和開發(fā)應(yīng)用單位主要與高校和科研院所。初步調(diào)查多關(guān)節(jié)型機(jī)器人技術(shù)的主要目的是更先進(jìn)的技術(shù)來跟蹤國際風(fēng)險(xiǎn)手臂的運(yùn)動(dòng)，然后取得了一些成績。
1986年哈爾濱工業(yè)大學(xué)，他開始研究最為關(guān)節(jié)臂，腳靜手臂運(yùn)動(dòng)HIT-I和110厘米高，體重70千克多的企業(yè)，率先成功開發(fā)進(jìn)度有10個(gè)自由度，以到達(dá)地面上的線，左，右，以及運(yùn)動(dòng)，上下樓梯，45厘米左右10秒/步，速度成功研制的HIT和HIT-II-III，重量為42千克，長度103厘米，它是12個(gè)自由度，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)步驟每秒24厘米，2.3分速度。 HI目前正在開發(fā)第四樂章的下一個(gè)多關(guān)節(jié)臂，身體52度的自由，這是一個(gè)偉大的運(yùn)動(dòng)和速度的平衡三臂，多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)[3-7]。
在1988年春國防科技大學(xué)成功具有六個(gè)自由度的平面雙足運(yùn)動(dòng)臂多關(guān)節(jié)KDW-1，可以向前，向后和上下樓梯，每秒40厘米，四步開發(fā)的最大速度，在1989年今年的步伐，我們開發(fā)了一種空間KDW-II，具有10個(gè)自由度，最高的69厘米，重13公斤，包括更多的來回，上下樓梯和周圍的近靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。 1990年兩縱縫互聯(lián)網(wǎng)KDW-II，在KDW-Ⅲ開發(fā)的，有12個(gè)自由度，并添加函數(shù)曲線，以獲得完整的測試環(huán)境。 1995年在步驟20厘米0.8秒?22厘米，13度的最大角度動(dòng)態(tài)的步伐。 2000年KDW-III中國的第一個(gè)人形的手臂的“排頭兵”的成功結(jié)束的發(fā)展的基礎(chǔ)上，在一個(gè)不確定的環(huán)境下微小的變化動(dòng)態(tài)每秒，兩步周期，1.4男，為20 kg的多關(guān)節(jié)的動(dòng)作，有頭，眼睛，頸部，身體，手臂，腳，和一定程度的語言功能[8-13]中。
此外，清華大學(xué)正在開發(fā)一個(gè)人形的手臂培育更多升學(xué)銜接THBIP-I，高七米，體重130千克，32自由度的支持清華大學(xué)985項(xiàng)目，該項(xiàng)目是。南京航空航天大學(xué)有八個(gè)自由度機(jī)械手關(guān)節(jié)間隙靜態(tài)函數(shù)[13,14]的發(fā)展。
本文從“首屆全國研究生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”多關(guān)節(jié)手臂動(dòng)作。此時(shí)，單臂，多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)通常在車輪的形式是為了實(shí)現(xiàn)功能相。事實(shí)上，模仿人類行走手臂和腿部的多關(guān)節(jié)的動(dòng)作并不多，但也有六條腿，已經(jīng)出現(xiàn)四腿臂多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，但多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)尚不多見。我們的問題，簡單地探索設(shè)計(jì)巧妙的機(jī)械設(shè)備和簡單的控制來模擬人的手臂的多關(guān)節(jié)的動(dòng)作。子功能是：替代大步，搖搖頭，擺動(dòng)手臂，擺臂。
1.3 關(guān)節(jié)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)
關(guān)節(jié)型機(jī)器人和部分整體關(guān)系的概述：
它主要由機(jī)械系統(tǒng)（執(zhí)行系統(tǒng)，牽引系統(tǒng)），探測系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)。
（1）執(zhí)行系統(tǒng)：公用部分的執(zhí)行系統(tǒng)管理部門，機(jī)械零件最全面的定義，以必要的各種運(yùn)動(dòng)，包括手，手腕，來獲得身體。
1.末端執(zhí)行用于執(zhí)行，并且配置的工作直接涂漆。
2.手腕，手和連接元件的臂，具有安排作為任務(wù)或工作的端部的方向的改變。
3.臂和連接基團(tuán)的手的手臂，手腕支撐體時(shí)，執(zhí)行負(fù)荷管理塊，手的空間位置，臂操作空間的變化滿足多個(gè)關(guān)節(jié)，在基座的任何類型的動(dòng)力傳輸。
D：機(jī)身，多鉸接臂基部，支撐輥，由臂部件支承，并具有使所述臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，起重或傾斜運(yùn)動(dòng)的任務(wù)。
（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：提供電力的各種組件的系統(tǒng)是活動(dòng)的，以及供應(yīng)單元設(shè)備。通用機(jī)械傳動(dòng)，機(jī)械傳動(dòng)和電氣，氣動(dòng)，電動(dòng)。
（3）操作系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的根據(jù)工作，故障報(bào)警或錯(cuò)誤的信號的要求執(zhí)行。
（4）檢測系統(tǒng)：經(jīng)由各種傳感裝置，控制器官運(yùn)動(dòng)檢測裝置，保證作用，如果有的話反饋到控制系統(tǒng)相對于該組的運(yùn)動(dòng)的要求。
實(shí)踐證明，該小組可以取代繁重的體力勞動(dòng)的多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，顯著減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化。經(jīng)常處理和工業(yè)生產(chǎn)在長期內(nèi)往往體積龐大件，單調(diào)的操作，單臂，多聯(lián)合演習(xí)是有效的。此外，它可在高溫，低溫，深水，宇宙，環(huán)境條件和其他有毒放射性污染進(jìn)行操作，同時(shí)也表現(xiàn)出優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展前景[4-8]。
2、 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 技術(shù)參考數(shù)據(jù)
課題名稱：關(guān)節(jié)機(jī)械手機(jī)構(gòu)
設(shè)計(jì)一款關(guān)節(jié)機(jī)械手，要求外形輕巧，可實(shí)現(xiàn)6個(gè)自由度，適用于物品搬運(yùn)，取放堆疊，工件打磨。技術(shù)參數(shù)：六軸自由度，最大載重8kg，重復(fù)精度±0.2mm，周期時(shí)間0.15s，最大動(dòng)作范圍2230mm。
2.2 關(guān)節(jié)機(jī)械手工程概述
關(guān)節(jié)機(jī)械手是一個(gè)技術(shù)集成的跨學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的機(jī)器，機(jī)制，機(jī)械，氣動(dòng)，液壓技術(shù)，檢測技術(shù)等領(lǐng)域。在科人得到有效解決組合問題綜合工程被稱為“系統(tǒng)工程”。手臂多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，例如，系統(tǒng)工程，應(yīng)作為一個(gè)綜合的方法來系統(tǒng)設(shè)計(jì)對外關(guān)系的系統(tǒng)，并從整個(gè)有機(jī)聯(lián)系的手臂運(yùn)動(dòng)環(huán)境的研究，開發(fā)和應(yīng)用根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部部分多接頭。
從復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)，包括一定的規(guī)則的功能系統(tǒng)結(jié)合多個(gè)子系統(tǒng)，它是一個(gè)不可分割的整體。如果你失去了開放的系統(tǒng)，可根據(jù)特定的一組。因此，在一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)，概念啟動(dòng)機(jī)器，系統(tǒng)必須具有以下特征：
（1）機(jī)械系統(tǒng)完整的完整性機(jī)械系統(tǒng)由幾個(gè)子系統(tǒng)具有不同的整體性能應(yīng)具有的特定功能。
（2）作用的子系統(tǒng)之間的有機(jī)聯(lián)系，包括有機(jī)，相互關(guān)聯(lián)的。
（3）每個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)必須具有明確的目標(biāo)和系統(tǒng)的功能，結(jié)構(gòu)，功能，目標(biāo)和手段，決策系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)結(jié)合起來。
（4）系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)是適應(yīng)環(huán)境在某些情況下，我們必須能夠適應(yīng)變化的外部環(huán)境中。
所以，在設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，不僅要注意關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的部件的整個(gè)多部件設(shè)計(jì)臂應(yīng)根據(jù)視工程系統(tǒng)的角度來看，這取決于一個(gè)單一的多關(guān)節(jié)臂的動(dòng)作的功能要求，子系統(tǒng)，多臂關(guān)節(jié)，合理，產(chǎn)品的性能，需要在多關(guān)節(jié)臂的動(dòng)作的作業(yè)的所有組件。一般來說，最復(fù)雜的行業(yè)手臂關(guān)節(jié)如下：在操作機(jī)器，是最大的，單臂多關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)來完成的任務(wù)，其中包括基地，手臂，手腕，副作用機(jī)構(gòu)。傳輸系統(tǒng)，其中包括幾個(gè)傳輸零點(diǎn)電源，控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括電子控制裝置的操作，記憶功能（計(jì)算機(jī)或其它版本控制裝置可編程），操作員接口裝置（鍵盤，學(xué)習(xí)盒等），數(shù)據(jù)處理裝置和各種傳感器，放大離線傳輸，傳感器編程接口設(shè)備通??信的I / O 14]內(nèi)部和外部傳感器和其他設(shè)備（一般或特別。
特征行業(yè)臂多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)是普遍的調(diào)整，靈活的臂工業(yè)多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)可有效地用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的發(fā)送處理單元組件或材料或其它柔性制造系統(tǒng)（例如，機(jī)床，鍛壓，焊接，裝配等生產(chǎn)設(shè)備），輔助設(shè)備，控制系統(tǒng)，多關(guān)節(jié)臂運(yùn)動(dòng)，各種不同形式的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的組建多聯(lián)技術(shù)工藝機(jī)械行業(yè)其他生產(chǎn)部門。生產(chǎn)，如建筑，開采，生產(chǎn)和輸送臂移動(dòng)多關(guān)節(jié)是參考系統(tǒng)。
2.3 工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案論述
（一）確定負(fù)載
目前，國內(nèi)工業(yè)用運(yùn)動(dòng)的多關(guān)節(jié)臂，負(fù)載能力，最小額定負(fù)載5N或更小范圍很大，最多的為9000N。這篇文章5公斤載荷。
負(fù)載的大小主要取決于由于運(yùn)動(dòng)的沿的作用力和夫婦的機(jī)械接口上的多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)的方向。其中下臂應(yīng)該包括端部執(zhí)行器的更關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)（重量），和工件的重量或處理對象接縫預(yù)定速度和加速度的條件下，產(chǎn)生的慣性力等。該項(xiàng)目的數(shù)據(jù)參考設(shè)計(jì)初步估算表明，這一項(xiàng)目可能屬于一個(gè)小負(fù)荷。
（二）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
由于伺服電機(jī)具有良好的控制性能，檢查的靈活性，允許速度，位置，環(huán)境，體積小，效率高，適用于更為苛刻的運(yùn)動(dòng)控制沒有影響的精確控制小臂運(yùn)動(dòng)多企業(yè)等特點(diǎn)，因此，該項(xiàng)目采用的是伺服電機(jī)。
（三）傳動(dòng)系統(tǒng)
動(dòng)臂多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)可以緊湊，重量輕，慣性小，傳動(dòng)鏈條應(yīng)考慮采取措施縮小差距，提高手臂多的移動(dòng)和位置創(chuàng)業(yè)精密運(yùn)動(dòng)控制。臂傳遞機(jī)構(gòu)機(jī)械運(yùn)動(dòng)多關(guān)節(jié)通常使用齒輪，蝸桿，滾珠絲杠，皮帶，鏈條傳動(dòng)，行星齒輪，傳動(dòng)齒輪和諧波鋼等，由于傳動(dòng)齒輪具有效率高，準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，與大學(xué)學(xué)習(xí)和掌握更扎實(shí)的傳輸，所以這個(gè)設(shè)計(jì)選擇的旅行。
（四）工作范圍
操作過程中的工業(yè)手臂動(dòng)作的工作范圍是多關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)取決于所述扇區(qū)的操作領(lǐng)域和確定的軌跡，用表示的工作空間。形狀和有關(guān)該結(jié)構(gòu)的工作空間的大小坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的多關(guān)節(jié)機(jī)械手，其大小和在數(shù)量和程度每個(gè)臂的自由操縱器公共軸線的長度的變化程度和所選擇的關(guān)節(jié)軸的每個(gè)角的
（五）運(yùn)動(dòng)速度
每個(gè)鉸接機(jī)械臂更堅(jiān)定的臂的最大行程，按照循環(huán)時(shí)間來確定每個(gè)操作的時(shí)間的運(yùn)動(dòng)后，可以進(jìn)一步確定每個(gè)動(dòng)作的速度，單位為米/秒（°）/ s的，時(shí)間每個(gè)運(yùn)動(dòng)分配考慮在順序地或同時(shí)地等進(jìn)行許多因素，如每個(gè)操作序列之間的周期的總時(shí)間長度。表做他們的操作時(shí)間，操作時(shí)間分配之外的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行比較，以考慮分配請求有關(guān)的過程，它也必須考慮慣性的行程的大小和驅(qū)動(dòng)和控制，定位和精度要求。
2.4 關(guān)節(jié)機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)原理
該關(guān)節(jié)機(jī)械手的本體結(jié)構(gòu)組成如圖2.1
圖2.1 關(guān)節(jié)機(jī)械手本體組成
各部分部件的作用??：
基座：
基座構(gòu)件包括底座，齒輪，軸承，步進(jìn)電機(jī)。的基本作用是一個(gè)構(gòu)件，支撐構(gòu)件和支撐所述樞轉(zhuǎn)臂，支撐比基片的多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)和行李的工作壓力的重量必須具有足夠的強(qiáng)度，剛度和承載能力。此外，圖書館還需要綽綽有余了實(shí)質(zhì)性的安裝基礎(chǔ)，以確保輸送臂在工作場所和穩(wěn)定運(yùn)行聯(lián)合決議。
通過正相分量關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂（例如，一個(gè)氣缸，氣缸，齒輪齒條機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)，一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)，并且螺旋機(jī)構(gòu)等）和用于移動(dòng)所述臂多于一個(gè)鉸鏈臂（例如一個(gè)驅(qū)動(dòng)源，液壓或氣動(dòng)臂誘導(dǎo)固定移動(dòng)協(xié)作等），以實(shí)現(xiàn)不同的臂運(yùn)動(dòng)
手臂大臂以及小臂組成。其中所述臂是一棵樹，加速度分量和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的構(gòu)件上形成。由臂，驅(qū)動(dòng)軸和同步帶等部件臂構(gòu)件。手腕殼體，傳動(dòng)齒輪和軸，從現(xiàn)有的機(jī)械連接的手腕部。
2.5 關(guān)節(jié)機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)
在關(guān)節(jié)工業(yè)用機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的形式，其主要由以下四個(gè)：構(gòu)造直角坐標(biāo)，圓柱坐標(biāo)，球面坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)，鉸接結(jié)構(gòu)為四。每個(gè)結(jié)構(gòu)和相關(guān)功能列舉如下[3]所述。
（1）直角坐標(biāo)關(guān)節(jié)機(jī)械手
直角坐標(biāo)關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂空間坐標(biāo)多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)線性運(yùn)動(dòng)的三個(gè)相互垂直的方向，如圖2-1（a）在該直線運(yùn)動(dòng)的位置控制是容易實(shí)現(xiàn)，笛卡爾坐標(biāo)臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)往往是一個(gè)高的位置精度要獲得（微米）。對于多關(guān)節(jié)臂的在這方面的尺寸移動(dòng)結(jié)構(gòu)相對直角坐標(biāo)，所述一個(gè)臂的空間多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，是比較小的。為了獲得運(yùn)動(dòng)的一定的自由，該結(jié)構(gòu)在垂直于多關(guān)節(jié)臂的尺寸坐標(biāo)多關(guān)節(jié)臂比其它結(jié)構(gòu)的大小。
工件笛卡爾坐標(biāo)移動(dòng)多關(guān)節(jié)臂矩形空間。笛卡爾臂運(yùn)動(dòng)最常見的是主要用于收集和處理交易，笛卡爾坐標(biāo)在三個(gè)懸臂龍門式結(jié)構(gòu)的多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)。
（2）圓柱形的坐標(biāo)關(guān)節(jié)機(jī)械手
空間運(yùn)動(dòng)臂圓柱坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)線性和多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖2-1（b）中。此多臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)是相對簡單的，精度，通?？梢栽谔幚碇惺褂谩Ｋ墓ぷ骺臻g是一個(gè)圓柱形空間。
（3）球坐標(biāo)關(guān)節(jié)機(jī)械手
多運(yùn)動(dòng)空間球面坐標(biāo)關(guān)節(jié)可動(dòng)臂通過兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，如2-1（C）來獲得。這個(gè)簡單的手臂的動(dòng)作的多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，成本低，但精度不高。主要用于加工。他們的工作空間是一個(gè)球形的空間。
（4）聯(lián)合多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)
三個(gè)多關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的空間鉸鏈臂運(yùn)動(dòng)的要求，以便獲得，例如，2-1（d）如圖手臂關(guān)節(jié)聯(lián)合行動(dòng)靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。多關(guān)節(jié)臂相對于所述相對較大的工作空間的主體尺寸。這樣的多關(guān)節(jié)臂的運(yùn)動(dòng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)，如焊接，涂裝,,裝配等行為被廣泛用于這種類型的多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的。
多關(guān)節(jié)機(jī)器人鉸接結(jié)構(gòu)是由兩種格式的水平和垂直關(guān)節(jié)表示。
(a) 直角坐標(biāo)型 (b) 圓柱坐標(biāo)型 (c) 球坐標(biāo)型 (d) 關(guān)節(jié)型
圖2-1 四種關(guān)節(jié)機(jī)械手坐標(biāo)形式
根據(jù)任務(wù)書和具體要求，我們選擇（四）普通型。
具體地，對于這樣的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵趨^(qū)域考慮8公斤的設(shè)計(jì)要求，考慮到使用的操作的具體要求的工藝設(shè)計(jì)的具體形式，對系統(tǒng)的要求，并作為符合盡可能質(zhì)量工件以簡化結(jié)構(gòu)，成本也降低并提高了可靠性。多結(jié)臂的運(yùn)動(dòng)，并且定位的精確度更高，設(shè)計(jì)的多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)到臂的運(yùn)動(dòng)的臂范圍需要六個(gè)自由度，這是一個(gè)程度的腰，臂的旋轉(zhuǎn)自由度和??臂的俯仰臂自由和手腕自由旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)度字段的自由度。本文檔中的得到大關(guān)節(jié)臂，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)臂的大小將因此該臂機(jī)構(gòu)自由轉(zhuǎn)動(dòng)地音調(diào)的詳圖。
多關(guān)節(jié)機(jī)器人的特征在于，相對大尺寸的工作，靈活性和通用性，更為結(jié)構(gòu)緊湊，可以從事基礎(chǔ)對象的附近。合作機(jī)構(gòu)提出使用和包括以下的技術(shù)參考
技術(shù)要求：（1）設(shè)計(jì)的多關(guān)節(jié)型機(jī)器人系統(tǒng)中執(zhí)行，旨在滿足重多臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的操作期間是同時(shí)滿足技術(shù)結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)等方面的要求短，效率高，速度和多功能性，柔韌性等性能要求。 （2）裝配圖，零件圖按照機(jī)械設(shè)計(jì)，尺寸，公差，幾何公差的國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)簽嚴(yán)格繪制有合理的技術(shù)要求，規(guī)格。簡單不同端部（3），并進(jìn)行所述機(jī)器人手臂與聯(lián)接的端部。 （4）寫的論文要求的明確描述，書寫規(guī)范。
2.6 舵機(jī)的工作原理
機(jī)器人的電源是研究對象劃船機(jī)，機(jī)器人控制系統(tǒng)，管理和控制系統(tǒng)有需要改變時(shí)，維護(hù)控制，原理劃船機(jī)的工作是：從信號控制馬達(dá)電路，速度輸出接收的信號。輸出軸和連接到旋轉(zhuǎn)電位器的位置反饋控制電路和一個(gè)信號到控制室節(jié)氣門位置的電位器，并根據(jù)該決定和旋轉(zhuǎn)速度以停止。
片材接收的接收信號的調(diào)制路徑，只留下激勵(lì)。這是一個(gè)內(nèi)部參考，為期20，參考信號寬度為1.5ms，用于與電位器輸出接收DC電壓。最后，在馬達(dá)片的正面和負(fù)面的結(jié)果之間的張力，是相反的決定。讀取電機(jī)，齒輪，使級聯(lián)電壓你，0，馬達(dá)停止旋轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)如下。最后，之間的電壓積極的和消極的結(jié)果，在電機(jī)芯片，決定是相反的。
（1）發(fā)動(dòng)機(jī)。
（2）減速器：降低高速度，獲得的扭矩。
（3）主軸系統(tǒng)：提供你的反饋。
（4）電子控制板：
36
3、關(guān)節(jié)機(jī)械手主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 末端執(zhí)行器負(fù)載計(jì)算
手腕偏轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服摩擦阻力矩、慣性力矩負(fù)荷啟動(dòng)力矩時(shí)的強(qiáng)度和手腕。
轉(zhuǎn)矩的式子是：[15]：
（3.1）
（3.2）
（3.3）
（3.4）
（3.5）
（3.6）
（3.7）
（3.8）
式子里，
--手腕偏轉(zhuǎn)所需力矩（N·m）；
--摩擦阻力矩（N·m）；
--負(fù)載阻力矩（N·m）；
--手腕偏轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)慣性阻力矩（N·m）；
--工件負(fù)載對手腕轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2）；
--手腕部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2）；
--手腕偏轉(zhuǎn)角速度（rad/s）；
--手腕質(zhì)量（kg）；
--負(fù)載質(zhì)量（kg）；
--啟動(dòng)時(shí)間（s）；
--手腕部分材料密度（kg/m3）；
--手腕部分外徑和內(nèi)徑（m）；
--手腕的長度（m）；
--手腕偏轉(zhuǎn)末端的線速度（m/s）。
已經(jīng)了解的數(shù)據(jù)：kg，m/s，m，m，m，s，手腕部分材質(zhì)設(shè)為鑄鋼，密度kg/m3。
將數(shù)據(jù)代入計(jì)算得：
kg
r/s
kg·m2
kg·m2
N·m
N·m
N·m
3.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
連桿是最常見的機(jī)制，這使聯(lián)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是在機(jī)械設(shè)計(jì)非常重要的，研究工作進(jìn)行了還使用最廣泛的。有很多文獻(xiàn)介紹有關(guān)四連桿機(jī)構(gòu)，扁五具尸體，一個(gè)靈活的耦合機(jī)制，優(yōu)化程序如何曲軸離合器片離合器機(jī)構(gòu)，凸輪離合器的組合機(jī)制，離合器齒輪等機(jī)構(gòu)。鑒于典型的四桿連桿機(jī)構(gòu)部的再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的這種四桿連桿機(jī)構(gòu)組合功能，離合機(jī)構(gòu)所描述的一般的優(yōu)化方法和過程。
四合院建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化參數(shù)特定的運(yùn)動(dòng)和機(jī)構(gòu)最小流量之間的四連桿調(diào)整機(jī)制誤差范圍內(nèi)的優(yōu)化。因此，四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，從而使四連桿機(jī)構(gòu)是找到一組最小的運(yùn)動(dòng)誤差的機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)。后確定所述四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)可被認(rèn)為是達(dá)到設(shè)定的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化模型和優(yōu)化模型解決了兩個(gè)主要過程。因?yàn)樗倪B桿分析優(yōu)化程序來確定，以確定設(shè)計(jì)參數(shù)中，由于目標(biāo)函數(shù)和機(jī)制設(shè)計(jì)的局限性，如釣竿長度的情況下，傳輸角度條件等寫入相應(yīng)的限制，設(shè)計(jì)優(yōu)化機(jī)制來創(chuàng)建模型。
下面介紹設(shè)計(jì)模型的四連桿機(jī)構(gòu)的功能重現(xiàn)優(yōu)化。切換功能的設(shè)計(jì)主要由輸入部件的選擇和根據(jù)多個(gè)位置的一個(gè)輸出元件再現(xiàn)時(shí)，確定的參數(shù)機(jī)制與圖形方法或機(jī)制分析。圖圖1示出一個(gè)典型的扁四鉸鏈機(jī)構(gòu)，、、和代表四個(gè)構(gòu)件的長度， AB桿是輸入構(gòu)件。假設(shè)圖1所示的平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)再現(xiàn)給定函數(shù)為，那么，機(jī)構(gòu)的位置由、、、鉸鏈A的位置來決定的、AD與機(jī)架x軸夾角以及輸人構(gòu)件轉(zhuǎn)角等七個(gè)變量。
為簡化問題，可令A(yù)的位置為，，構(gòu)件的長度為1(參考構(gòu)件)，由此可將問題維數(shù)降為四維，并不影響構(gòu)件輸入、輸出的函數(shù)關(guān)系。由此可以得到輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角外與輸入構(gòu)件轉(zhuǎn)角之間的函數(shù)關(guān)系式：
（1）
機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)就是使得輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角與給定值在，所有位置上的誤差最小。因此機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)可用下式表示：
（2）
當(dāng)輸入構(gòu)件轉(zhuǎn)角為時(shí)，輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角外從下面式子算出：
（3）
式子里，
所以
（4）
將上式代入式（3），并令代表設(shè)計(jì)變量、、及，機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)可寫為：
（5）
????應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況來確定優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，如果曲柄搖桿四連桿機(jī)構(gòu)，以滿足下列關(guān)系：
或
（6）
????如果機(jī)構(gòu)要求傳動(dòng)靈活可靠，則傳動(dòng)角應(yīng)滿足：
或
其中
從上面式子知道，傳動(dòng)角隨著的變化而變化，當(dāng)為最大值時(shí)，則最小，在最小值時(shí)，則最大。要滿足條件，約束方程式子是：
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有，因此，約束方程式子是：
（7）
????當(dāng)所選定的設(shè)計(jì)變量為構(gòu)件長度時(shí)，則構(gòu)件長度必須是正數(shù)，那么約束式子是：
式子里是為了使構(gòu)件長度不小于而設(shè)的。
??? 此外，由于具體結(jié)構(gòu)尺寸的限制，往往對某些構(gòu)件的長度限定在某一范圍內(nèi)選取，比如，連桿BC的長度最短是的倍，最長是的倍，那么列出式子關(guān)系如下：
約束式子是：
（8）
????以下，介紹再現(xiàn)函數(shù)是的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
??? ?先變換給定函數(shù)為，并設(shè)輸人構(gòu)件初始角為，輸出構(gòu)件初始角為，選取輸入構(gòu)件的轉(zhuǎn)角為,輸出構(gòu)件的轉(zhuǎn)角為。當(dāng)輸入構(gòu)件從轉(zhuǎn)到時(shí)，輸出構(gòu)件從轉(zhuǎn)到，輸入構(gòu)件從轉(zhuǎn)到時(shí)，輸出構(gòu)件則從回到。顯然有及，那么及。代入函數(shù)式算出：
設(shè)將輸入構(gòu)件的轉(zhuǎn)角均分成20等分，那么，設(shè)定權(quán)因子，再令代表設(shè)計(jì)變量、、及，從式子（5）得曲柄連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為
????曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)約束條件如下：
????從式子（6）得出：
要求傳動(dòng)角滿足，從式子（7）逄出：
根據(jù)該結(jié)構(gòu)的大小的控制機(jī)構(gòu)，各組分相對于尺寸的給定范圍內(nèi)的殼體要求的長度，從式子(8)算出：
所以，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型如下：
Min.
s.t.
采用內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法和POWELL法求解曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。選擇初始懲罰參數(shù)，遞減函數(shù)e = 0.01，初始點(diǎn)，取懲罰函數(shù)法收斂精度，POWELL法目標(biāo)函數(shù)值收斂精度，一維搜索精度。
3.2.1確定設(shè)計(jì)變量
根據(jù)設(shè)計(jì)變量的機(jī)械原理知識設(shè)計(jì)要求L1、L2、L3、L4、。曲軸長度作為長度為1的單元，并且剩余的三個(gè)長度L1可以表示為的倍數(shù)。的幾何關(guān)系圖1的：
=桿長的函數(shù)。進(jìn)一步根據(jù)在該裝置的機(jī)構(gòu)許可的空間，是在機(jī)架上，適當(dāng)?shù)仡A(yù)選長度L4其中L 4= 100，上面的分析后僅L2，L3的兩個(gè)獨(dú)立的變量，因此，設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化問題：
因此。本優(yōu)化設(shè)計(jì)為一個(gè)二維優(yōu)化問題。
3.2.2建立目標(biāo)函數(shù)
根據(jù)軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可把連桿的M點(diǎn)和預(yù)期軌跡點(diǎn)坐標(biāo)偏差最小為尋優(yōu)目標(biāo)，它的偏差式子是 和，如圖2。由此，蹺2-5間隔分成N個(gè)部分中，M點(diǎn)的坐標(biāo)對應(yīng)的對應(yīng)點(diǎn)。每個(gè)被稱為參考點(diǎn)，根據(jù)均方根差可建立其目標(biāo)函數(shù)，那么：
，S為運(yùn)動(dòng)區(qū)間的分段數(shù)
因此，從上面的表達(dá)式可以是目標(biāo)函數(shù)的對應(yīng)于各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的形狀的數(shù)學(xué)表達(dá)式（給定），就可計(jì)算出均方根差。
圖 2
3.2.3確定約束條件
根據(jù)該草案的條件，限制，該機(jī)構(gòu)有兩個(gè)方面：一是最小傳動(dòng)角大于50度的過程中傳遞運(yùn)動(dòng)，二是四曲柄機(jī)構(gòu)，以確保滿足存在的條件。線束的優(yōu)化來創(chuàng)建為基礎(chǔ)的條件。
①保證傳動(dòng)角
圖 3
按傳動(dòng)條件，根據(jù)圖3可能發(fā)生傳動(dòng)角最小值的位置圖，由余弦定理
（見圖3（a））
所以
（a）
（見圖3（b））
所以
（b）
式子（a）和（b）是兩個(gè)約束條件，把，，，代入式（a）、（b），擺出式子如下：
②曲柄存在的條件
按曲柄存在條件，由機(jī)械原理知識了解，
，，
，
把它們寫成不等式約束條件（將，，，代到上面式子，得出
綜合分析后，上面的七個(gè)約束條件式子里，和=緊約束條件，=松約束條件，那也滿足和的，必滿足不等式，所以本優(yōu)化問題實(shí)際起作用的只有和兩個(gè)不等式約束條件。
3.2.4寫出優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
以上得出，可得本優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型為
即本優(yōu)化問題具有兩個(gè)不等式約束的二維約束優(yōu)化問題。
圖3.1 主要結(jié)構(gòu)圖
3.3 機(jī)構(gòu)受力分析
該步行機(jī)構(gòu)的受力情況如圖3．12所示。由于該機(jī)構(gòu)中所有連桿均為二力桿，即只受軸向力作用。設(shè)圖中所有連桿所受的拉力為正，壓力為負(fù)。Ⅳ為地面對車輪的支撐力，月川為11個(gè)連桿的內(nèi)力， 2分別為連桿9和連桿5與水平線的夾角， y1、r2分別為連桿10和連桿6與水平線的夾角，妒為曲軸11與水平線的夾角。由力的平衡條件可得方程組：
以上五個(gè)方程，聯(lián)立方程3.1和3-6可以通過適當(dāng)?shù)闹瘟Β?，曲軸11的水平角度，來解決≯時(shí)，在每個(gè)行走時(shí)足部機(jī)制聯(lián)系起來的力量的大小。假設(shè)在曲軸11標(biāo)準(zhǔn)輪的權(quán)力面前旋轉(zhuǎn)，每一個(gè)環(huán)節(jié)的內(nèi)在力量也將發(fā)生變化。并運(yùn)行曲軸旋轉(zhuǎn)的模擬。你可以得到曲軸旋轉(zhuǎn)一圈，連桿足功率曲線的內(nèi)臟。每個(gè)鏈路可以是依賴于功率條件為每個(gè)鏈接大小合理的設(shè)計(jì)橫截面面積，以優(yōu)化機(jī)制，。
3.4 銷軸的計(jì)算校核
軸的受力圖見下方：
知道的條件：作用在銷軸上的
圓周力
徑向力
法相力
1) 求垂直面的支撐反力：
2) 水平面的支撐反力：
3） F在支撐點(diǎn)產(chǎn)生的反力：
可按最不利考慮
繪垂直面的彎矩圖：
5) 繪水平面的彎矩圖：
6) F產(chǎn)生的彎矩圖：
a-a截面F力產(chǎn)生的彎矩為：
7) 算出合成彎矩圖：
考慮最不利的情況，把與直接相加
MA=+MAF=
+41.1=70.1 N.m
M'A=+MAF=
+41.1=657 N.m
8) 算出軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：
N.mm
9) 算出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩
如圖所示，a-a截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量轉(zhuǎn)矩為：
如認(rèn)為軸脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)變力，設(shè)折合系數(shù)a=0.6，
帶入上式可得：
10） 算出危險(xiǎn)截面處軸的直徑
軸用45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，
找出表格得出δB=650Mp,從表格 14-3找出表格得出[δ-1b]=60Mpa,那么：
因鍵槽影響軸的尺寸，把d值加大5%，所以：
d=22.8*1.05=24mm<32mm
滿足條件上。
因a-a處剖面左側(cè)彎矩大，有轉(zhuǎn)矩，且有鍵槽，故a-a左側(cè)為危險(xiǎn)截面其彎曲截面系數(shù)為：
抗扭截面系數(shù)式子是：
彎曲應(yīng)力為：
扭切應(yīng)力為：
根據(jù)合成強(qiáng)度計(jì)算
使轉(zhuǎn)換系數(shù)＝0.6的當(dāng)量應(yīng)力：
從表格找出45鋼調(diào)質(zhì)，抗拉強(qiáng)度極限=640Mpa，則從表格找出表格得出軸應(yīng)力[δ-1b]=60Mpa,<[δ-1b],滿足要求。
3.4 微型伺服電機(jī)（舵機(jī)）的選擇
微型伺服電機(jī)在業(yè)余航?；顒?dòng)中使用的，還有很長的歷史，但最常用的家庭也“發(fā)送”，意思是“攪拌式機(jī)”伺服位置伺服驅(qū)動(dòng)器。這是一個(gè)機(jī)器人，機(jī)械和電氣系統(tǒng)的重要模型飛機(jī)執(zhí)行器。它接收到特定控制信號，有一定角度的輸出，對于那些誰需要維護(hù)和角度變化的控制系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)伺服有三根線：電源線（紅色），接地線（黑色或灰色），控制線（白色或橙色）。輸入控制線是一寬度可調(diào)整的周期性方波信號（PWM）的，周期方波信號20毫秒（例如，50赫茲）中，當(dāng)方波的脈沖寬度變化轉(zhuǎn)向軸角度取將其放置成比例的脈沖寬度的角度變化的變化而改變，這是與工作周期的說變化改變轉(zhuǎn)向的位置。訪問，這是主要用于控制部件控制的運(yùn)動(dòng)方向。因此，機(jī)器人模型也經(jīng)常用作關(guān)節(jié)的受控運(yùn)動(dòng)，對機(jī)械原理經(jīng)常自由聯(lián)合活動(dòng)。
3.4.1 舵機(jī)的選型
本設(shè)計(jì)選用的舵機(jī)為“輝盛”MG945 12公斤全金屬齒大扭力舵機(jī)，圖和參數(shù)見圖3.11和表3.1所示。
圖3.11 “輝盛”MG945舵機(jī)
表3.1 “輝盛”MG945舵機(jī)參數(shù)
尺寸
重量
速度
扭力
使用電壓
40.8*19.9*37.3mm
56.3g
0.24sec/60度
12公斤/厘米
4.8V～7.2V
3.4.2 輝盛MG945舵機(jī)的控制特性
“輝盛”MG945 12公斤全金屬齒大扭力舵機(jī)全轉(zhuǎn)角為180度，它的對應(yīng)的控制關(guān)系如表3.2所示。
表3.2 PWM波脈寬與舵機(jī)轉(zhuǎn)角關(guān)系
PWM波脈寬
舵機(jī)轉(zhuǎn)角
對應(yīng)轉(zhuǎn)角簡圖
0.5ms
0度
0.9ms
45度
1.5ms
90度
2.1ms
135度
2.5ms
180度
4、關(guān)節(jié)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 關(guān)節(jié)機(jī)械手的工藝過程
由電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)器人的工作，它的上，下，左，右都馬達(dá)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺桿完成。分析過程多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的起始位置停在源頭，按下啟動(dòng)按鈕后，將關(guān)節(jié)機(jī)器人的起源→→減少終端（T）→→右→降低→增加松弛（T）→增加→左的起源，行動(dòng)完成一項(xiàng)工作。秋季多關(guān)節(jié)型機(jī)器人，上，右，左等動(dòng)作來控制相應(yīng)的限位開關(guān)的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步采取行動(dòng)放寬轉(zhuǎn)換時(shí)間監(jiān)控。
為確保安全，關(guān)節(jié)機(jī)器人后，正確的地點(diǎn)，工件可如果在右表沒有減少，往右走當(dāng)最后銀行文物未移動(dòng)，關(guān)節(jié)機(jī)器人將自動(dòng)停牌，以待。光開關(guān)來定位此設(shè)置，“無紙”的信號。
以滿足生產(chǎn)要求，多關(guān)節(jié)型機(jī)器人設(shè)置手動(dòng)模式和自動(dòng)操作模式，則自動(dòng)模式分為單步，和一個(gè)連續(xù)的工作周期。
1）手動(dòng)模式：使用對關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制的每一步操作的按鈕。例如，“向下”按鈕，讓鉸接機(jī)器人，按下“上”按鈕，多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的增加。手動(dòng)操作可用于緊急停止和關(guān)節(jié)型機(jī)器人來調(diào)整原點(diǎn)后返回到工作位置。
2）單步工作：起源，根據(jù)工作循環(huán)每次按下停止按鈕自動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)器人開始到完成動(dòng)作一步時(shí)自動(dòng)步序。
3）單曲循環(huán)模式，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)器人聯(lián)合記者過程中自動(dòng)自動(dòng)完成動(dòng)作周期，回國停止之后。
4）連續(xù)模式：按下按鈕，從原點(diǎn)關(guān)節(jié)型機(jī)器人，根據(jù)步驟序列是自動(dòng)連續(xù)地重復(fù)，設(shè)置兩個(gè)停放在連續(xù)工作：
正常停機(jī)：停止正常情況下。按下復(fù)位按鈕，完成一個(gè)周期后關(guān)節(jié)型機(jī)器人，自動(dòng)返回到原點(diǎn)了。
緊急停車：在發(fā)生事故或緊急情況下停車。按下緊急停止按鈕，關(guān)節(jié)機(jī)器人停在當(dāng)前的狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，你必須手動(dòng)回到原點(diǎn)。
4.2 PLC 控制系統(tǒng)
4.2.1 確定輸入/輸出點(diǎn)數(shù)并選擇 PLC 型號
1）輸入信號
定位信號：下，上，右極限，一共有四個(gè)限位開關(guān)的左側(cè)極限，需要四個(gè)輸入。
“沒有部分檢測”信號：用于檢測元件，一個(gè)終端需要光電開關(guān)。 “模式”選擇：手動(dòng)，單步，連續(xù)單周期和4種類型的工作，如需要失去四個(gè)端子。
手動(dòng)控制：需要下跌，上升，右，左，分期，放松六個(gè)按鍵也需要六個(gè)輸入。
自動(dòng)運(yùn)行沒有開始，正常停車，快停車3還需要三個(gè)輸入。此外，一共有18個(gè)輸入信號。
2）輸出
PLC控制輸出下降關(guān)節(jié)機(jī)器人，上，右，左，分期，輕??松在三個(gè)電機(jī)速度控制，共11個(gè)輸出。關(guān)節(jié)型機(jī)器人開始在家里工作，你應(yīng)該需要一個(gè)原點(diǎn)指標(biāo)也是一個(gè)起點(diǎn)。所以，至少六個(gè)輸出。
由于關(guān)節(jié)機(jī)器人控制部分的開關(guān)控制，功能不作特別要求。因此，任何小型PLC型號能滿足要求。根據(jù)I / O點(diǎn)數(shù)和總留下一些能力的需求，可用于FX2N-48RM，每24點(diǎn)的輸入和輸出，繼電器輸出類型。操作參數(shù)FX2N-48RM已經(jīng)在第二章中，而不是在此演示文稿。
4.2.2 分配 PLC 的輸入/輸出端子
PLC 的輸入輸出端子分配接線圖，如圖 4-2 所示。
圖 4-2 輸入/輸出分配接線圖
4.2.3 所需元器件明細(xì)表
4.3 PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
為了便于編程，可以編譯手動(dòng)和自動(dòng)程序相對獨(dú)立的模塊，與如圖4-3所示的分支指令選擇，過程控制系統(tǒng)框圖。如果您選擇手動(dòng)模式下，X3的關(guān)系，跳過自動(dòng)程序，執(zhí)行手動(dòng)過程時(shí)自動(dòng)選擇運(yùn)行模式斷開X3，自動(dòng)程序。
（1）是沒有必要的手動(dòng)操作方案來手動(dòng)步驟序列，可以設(shè)計(jì)成普通中繼方案。梯與手，在圖4-4，手動(dòng)按鈕X20-X25，分別示出的控制下：
圖4-3 總程序結(jié)構(gòu)框圖
圖4-4 手動(dòng)程序
下，上，右，左，加緊放松每一個(gè)動(dòng)作。為了保證系統(tǒng)的安全性和被提供有一些必要的鏈。 X11的溶液中加入作為在左側(cè)鏈和電路的右側(cè)運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)槎嚓P(guān)節(jié)機(jī)器人中，只有上端位置，允許左，右移動(dòng)。
（2）如圖4-5所示自動(dòng)程序自動(dòng)模式。
1）連續(xù)和單周期操作。當(dāng)在原點(diǎn)的多關(guān)節(jié)機(jī)器人，在初始狀態(tài)S0，下降動(dòng)作的程序。當(dāng)限位開關(guān)X10，且設(shè)置下一個(gè)狀態(tài)S21，然后進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。當(dāng)完成在該操作的執(zhí)行的最后步驟，則留到原點(diǎn)擊中左限位開關(guān)X13被接通，如果是單周期操作時(shí)，打破了M 0，返回到原來的狀態(tài)，如連續(xù)操作，M0接通，狀態(tài)向S20和在下一周期開始。
在操作中，包括正常停止按鈕后，則X1是上，M0復(fù)位，繼續(xù)鉸接式機(jī)器人動(dòng)作用全線路循環(huán)回其原始狀態(tài)。由于緊急停止按鈕時(shí)，X2是，所有的復(fù)位狀態(tài)S0?S33，關(guān)節(jié)機(jī)器人停止工作。當(dāng)你重新啟動(dòng)時(shí)，先用關(guān)節(jié)機(jī)器人手動(dòng)回到家自動(dòng)運(yùn)行一次。
2）單步操作。當(dāng)自動(dòng)運(yùn)行程序，它使用了步說明，單步運(yùn)行程序到達(dá)了“禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移”標(biāo)志M8040，如圖4-6所示。當(dāng)繼電器線圈被接通時(shí)，切割在過渡狀態(tài)下，當(dāng)線圈電流，使得狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
圖 4-5 自動(dòng)程序止步
在與啟動(dòng)按鈕X0為一單步操作信號X4的單步方法被接通。而不是當(dāng)你按下啟動(dòng)按鈕，X0斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，M8040開啟時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止。
圖4-6 用“禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移”設(shè)計(jì)的單步操作梯形圖
在完成步驟操作完成后，按下啟動(dòng)按鈕，X0,,原來的常閉觸頭將M8040斷開狀態(tài)，下一個(gè)步驟。
一些梯子步驟的，在圖4-6中所示被連接到在5-5的上端顯示的自動(dòng)程序，也是單步，單周期，梯子的全自動(dòng)操作，包括連續(xù)操作。在這一點(diǎn)上闡述機(jī)器人項(xiàng)目組件設(shè)計(jì)完成。基于手動(dòng)和自動(dòng)程序梯形圖梯形圖程序如圖4-3所示的總程序框圖嵌入，你會(huì)得到完整的程序梯圖。
總結(jié)
總 結(jié)
我們的機(jī)器人的研究和應(yīng)用起步較晚，但隨著國內(nèi)外機(jī)器人，社會(huì)需求的增加和技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人是一個(gè)快速發(fā)展的各種小批量，生產(chǎn)和提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的需要，是促進(jìn)發(fā)展的一個(gè)直接焊接。由于廉價(jià)的機(jī)器人，簡單的工作，機(jī)器人焊接。問題是在后臺(tái)。這個(gè)問題就是在這個(gè)背景下，這是一個(gè)重要的研究課題。本文的主要內(nèi)容如下：
機(jī)器人必須有一個(gè)簡單的，簡單的原則，等等。為了這個(gè)目的，六度的機(jī)器人結(jié)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)體部分的自由的設(shè)計(jì)，手臂，手腕。
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn)
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金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝
致 謝
本主題是在照顧和導(dǎo)師指導(dǎo)，以達(dá)到XX。在學(xué)習(xí)和生活，學(xué)習(xí)，教練，我的耐心和關(guān)懷，并提出寶貴意見的為期三個(gè)月的學(xué)習(xí)。他的老師，我不僅學(xué)到了科學(xué)方法的很大一部分，但它是事實(shí)。在此背景下，并在最后教官XX項(xiàng)目，老師給了我很大的幫助，不僅是對我在某些時(shí)候補(bǔ)充的規(guī)模，我有很多有益的經(jīng)驗(yàn)也教會(huì)。在這里我要感謝高老師。我想了四年在老師和同學(xué)們的學(xué)習(xí)幫助我了解。
經(jīng)過幾個(gè)月的工作后，畢業(yè)已接近尾聲。由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這樣的設(shè)計(jì)難免考慮不周的地方。如果沒有這一批教師和輔助人員的指導(dǎo)，不得設(shè)計(jì)成可順利完成。由于開放的問題，老師仔細(xì)地管理設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)中，查找數(shù)據(jù)是關(guān)于改變的具體方案，教師要進(jìn)行點(diǎn)評，讓我受益匪淺。此外，教師將科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，分享巨大的專業(yè)知識，但我學(xué)習(xí)。衷心感謝再次表示，這組教師和學(xué)生！
感恩節(jié)的導(dǎo)演和老師幫我！這是辛苦的付出，一旦你有我今天積累的知識。最后，感謝誰是父母照顧的人，我的