工业机器人设计的新方法及专用软件开发

宁夏大学

硕士学位论文

工业机器人设计的新方法及专用软件开发

姓名：杜鑫强

申请学位级别：硕士

专业：机械制造及其自动化

指导教师：段建中

2011-05

摘要

本文对文献[2]、[3]进行了修正与完善，并在此基础上以VC++ 6.0和OpenGL为工具，开发了一款用于工业机器人结构概念设计的专用软件, 迄今为止国内外尚未见到同类型软件。该软件具有五个主要功能：①自动产生大量机器人符号方案；②由符号表达式生成对应的机器人简图；

③在机器人关节组合方案确定的情况下，可任意改变关节速度和手臂长度进而衍生出末端轨迹完全不同的机器人；④任意给定机器人各关节速度和手臂长度，能自动仿真末端轨迹；⑤可检验所选机器人末端能否沿给定轨迹运动。以上功能完全满足了机器人概念设计阶段的要求，因此该软件的开发成功将为机器人设计师提供一个方便、快捷的设计工具。

机器人方案的产生，是根据文献[2]中提出的机器人符号表示系统，对三种关节进行排列组合，并依据一定的原则去除不合理方案实现的。机器人简图，是对大量实际机器人进行高度抽象，并用简明易懂的线条和关节简图表示的。机器人运动仿真及其轨迹生成，是利用矩阵法，通过对机器人的位形方程求正解实现的。给定轨迹，检验机器人能否沿其运动的功能，是利用回转变换张量法，通过对机器人位形方程求逆解实现的。文章对软件界面,软件功能，程序算法，数学运算过程都做了详细介绍，文后附录列有重要的VC程序代码。

关键词：工业机器人，设计，专用软件，OpenGL

Abstract

Complementing and improving literature [2] and literature [3], this paper introduces the process of developing a software by VC++ 6.0 and OpenGL for robot structure conception design, which have not come out at home and abroad. This software have five main functions. First, it can generate many robot symbolic schemes automaticly. Second, it can generate robot sketches corresponding to the symbolic representations. Third, assuming that the joint combination scheme is determined, the user can change joint velocity and arm length at will, and then the software can derive robots whose end track are different. Fourth, given joint velocity and arm length, it can show the robot animation and its end track. Fifth, it can judge whether the chosen robot can go along the given track. The functions above are completely qualified for the request for robot conception design. So this software can provide a convenient and efficient designing tool.

Based on the robot symbolic system of literature [2], this paper combinates the three joints at random and delete the unreasonable ones, then all the robots come out. The robot sketches are abstracted from lots of real robots and this paper expresses them with brief lines and joint sketches. By working out the forward kinematics function, we can get the robot animation and its track. On the contrary, by working out the inverse kinematics function we can judge whether the chosen robot can go along the given track. This paper introduces the software interface, software functions, the programmed algorithm and the arithmetical operation process in detail.In addition, the important VC code are listed in the appendix.

Key words: Industrial Robot, Design, Special Software, OpenGL

独 创 性 声 明

本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得宁夏大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

研究生签名：时间：年月日

关于论文使用授权的说明

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(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)

研究生签名：时间：年月日

导师签名：时间：年月日

第一章 引言

1.1 工业机器人的定义

虽然机器人现在已被广泛应用，且越来越受到人们的重视，而机器人这一名词却还没有一个统一、严格、准确的定义[1]。很多人一听到“机器人”，马上就会联想到具有人的外表，可以像人一样行走、奔跑，具有类似人的四肢，甚至可以讲话的所谓人形机器人。其实这种理解是很狭隘的，并非所有机器人的外表都像人。在英语中，“机器人”对应的单词是“robot”，该词最早于1920年出现在剧本《罗萨姆的万能机器人》中，该剧本的作者是一位名叫Capek的捷克作家。“robot”一词的本意是“苦力”，“机器人”是该词的中文翻译。正因如此，使得很多中国人都把它想成人的样子。其实将“robot”翻译为“机器人”并不是很准确，只不过人们已习惯了这种称谓，因此一直沿用至今。那么到底什么是机器人呢？

不同国家、不同研究领域的学者给出的定义各不相同，虽然遵循的基本原则大体一致，但仍有较大差别。日本给出的定义宽松一些，欧美国家的定义相对限定多一些，这样就导致机器人的定义范围大小各异，以至在统计机器人的数量时，由于定义限定的差异，各种统计数据会有较大出入，因此经常要给予特殊说明 [1]。

概括地说，只要符合两个要素就可以称之为机器人。一是可重复编程，二是多任务。凡是满足这两个条件的机器都可以称之为广义上的机器人。例如数控机床，既可以重复编程，又可以加工不同的零件，也就是能完成多种任务，因此数控机床也可以称之为机器人。而工业机器人是在工业生产中使用的机器人的总称，这一定义并不绝对，其主要用于完成工业生产中的某些作业。平常说的工业机器人一般是指四类机器人，即：焊接机器人、装配机器人、喷涂机器人和搬运机器人。本文所研究的机器人指的也是这四种。

1.2 工业机器人在现代制造业中的地位

离散制造业的现场作业大多为重复、单调、甚至危险，同时又要求准确几何定位的枯燥操作。而这些现场很难避免噪音、有害气体异味以及刻板的作息时间制度等。目前的主要解决手段是雇佣大量操作工来完成这类作业。但是，随着新一代劳动力大军受教育程度的普遍提高，他们对作业内容和作业现场是否有利于身心健康、作业内容是否具有智力挑战性提出了要求。这种情况就导致了年轻一代视从事制造业现场作业的工作为“危途”。愈演愈烈的“用工荒”既是佐证。要想从根本上解决这一问题，出路只有一条：在制造业尽可能多的使用工业机器人。我国作为一个制造业大国，出现“用工荒”的现象必将对国家发展产生不利影响。然而，这种“不利”其实为工业机器人提供了潜在的市场。我国机器人制造之所以一直未能形成产业，重要原因是市场需求过小。换言之，当前和未来若干年是我国机器人制造业的黄金时代。

从技术方面而言，随着科技的进步，工业机器人的设计、制造技术也越来越成熟。过去，由于电子产品、控制元件以及机械加工等方面技术的限制，使得机器人的制造存在很大障碍。现在，计算机技术和自动控制技术的日臻完善使得这些障碍已经被扫除，这就为机器人在我国形成产业提供了技术条件。再次，经济全球化加剧了国家与国家、企业与企业的竞争。一个企业要想在激

烈的竞争中立于不败之地，就要生产出高质量、高效率、低成本的产品。而单靠人工生产，既不能保证效率，也不能保证质量。机器人则不同，它们可以高效的、不停地作业，而且能生产出尺寸一致性好，质量稳定的产品。因此，可以预言，工业机器人在我国的制造业中必将得到普及。

1.3 工业机器人的设计现状

目前，工业机器人的设计主要依靠人工经验。当任务被提出以后，由设计人员根据任务要求，结合自己多年的设计经验进行针对性设计。这种现状存在几个弊端。第一，对设计人员的要求高，如果没有长期的工作实践和经验积累，设计人员很难胜任设计机器人的任务。这会使机器人设计人员的队伍规模受到限制，对机器人的大量生产和推广普及产生不利影响。第二，人工设计的效率低。从提出任务到机器人设计方案的最终确定，靠人工设计往往需要很长的时间。第三，由于人的经验有限，人工设计的方案种类少，不便于择优。对于同一类作业，可以由多种型式的机器人来完成，而其中必然有一个最优的方案。所以，产生多种候选方案对于设计出的机器人质量至关重要，人工设计在这点上局限性很大。

总之，人工设计的现状与工业机器人日益普及的趋势之间的矛盾已经日益凸显出来。如何解决好工业机器人的设计问题已经变得越来越重要，它直接关系到机器人的制造，并间接影响到未来制造业的发展。若能解决好这一矛盾，将对国家制造业的迅速发展起到巨大的推动作用。

1.4 课题研究的目的及主要工作

本课题的目的是要开发一款工业机器人设计专用软件。该软件具备以下几项功能：

第一，能自动产生大量的工业机器人结构方案。根据机器人含有的关节数目把机器人分成两关节、三关节、四关节、五关节和六关节机器人五类。当用户在软件中输入关节数目，软件可以自动将规定关节数目的所有机器人结构形式全部列出。如果设计者想从中选择某种机器人方案，可以给出约束条件，软件可以自动把符合用户要求的方案单独筛选出。

第二，能够以机构简图的形式将设计者选中的机器人表示出来。表示出的机器人必须满足三点要求。一是能够表达出机器人的组成结构，二是清晰易懂，三是能够演示机器人的运动过程。要满足以上要求可以有两种选择，可以用机器人的三维模型表示机器人，也可以以某种形式的抽象简图表示，本课题选用后者，即用机构简图表示机器人，本文将在后续论述中解释其理由。

第三，对于设计者选中的机器人，要能随意修改其各杆的长度尺寸以及各关节的运动速度。用户要想达到设计的目的，就必须要反复修改各部分尺寸，反复观察机器人的运动状况。任何人都不可能初次设计就产生出最优的机器人方案，只有经过多次修改才能完成。这一功能直接决定了该软件能否用于机器人的设计，因此十分重要。

第四，在机器人各部分几何尺寸被确定并给定各关节运动速度后，需要考察运动过程中机器人末端的运动轨迹线。因为即使在软件界面中能看到机器人的运动，但由于运动轨迹的复杂性和人的视觉问题，若不能保留机器人运动过程中的末端轨迹，设计者仍不能对所设计机器人的工作范围以及所能执行的任务进行界定，故本软件必须具有生成末端轨迹的功能。

第五，设计者预先给定一条轨迹线（比如焊接路径），该软件能够检验所选择的机器人末端能否沿该路径运动，即能否完成这样一个任务。该功能是为了检验所设计的机器人是否可行。因此，

该功能也是本软件能否真正应用到实际设计中的重要保证。

该软件具备的功能是概念设计，即能产生机器人的关节组合方案及各个手臂的长度尺寸。至于机器人各杆件的机械结构细节设计、材料的选择、强度的校核乃至控制系统的设计等，不包括在该软件的功能范围之内。

目前，在国内外尚未出现同类软件，因此本课题所开发的软件是一个全新的东西。因为新，没有前人的工作做基础，一切内容都要从零做起，所以这是本课题的困难之一。本论文对软件的探讨还处于初步阶段，有些观点尚不成熟，是在摸索中前进。因此，读者在阅读本文的过程中一定要具有质疑精神。

1.5 软件图形内核OpenGL简介

该软件的图形均由OpenGL图形函数绘制。OpenGL实质是一个图形函数库，它由SGI公司开发并免费提供给用户使用。所以选用该图形库不涉及知识产权问题。OpenGL是目前应用最广泛的计算机图形标准，由独立非盈利组织ARB管理。目前已广泛应用于游戏开发、建筑设计、产品设计、医学影像处理、地球科学、流体力学等领域。

OpenGL主要包括三个函数库：核心库、实用函数库和编程辅助库。核心库中包含了OpenGL 最基本的命令函数，提供了一百多个函数，这些函数都以“gl”为前缀，用来建立各种各样的几何模型、进行坐标变换、产生光照效果、进行纹理映射、产生雾化效果等所有的二维和三维图形操作[6]。总之，OpenGL具有建模、几何变换、投影变换、色彩处理、光线处理、纹理映射、图像处理、双缓存动画即物体运动模糊等功能。

OpenGL是一个开放式的的三维图形软件包，它可以开发出较高质量的图形程序，而且其编程具有良好的前瞻性、伸缩性和易用性，以它为基础开发的应用程序可以十分方便的在各种平台间移植。在目前众多的Windows应用程序开发工具中，微软公司的VC++6.0已经成为OpenGL 图形应用的首选开发工具。OpenGL可以与Visual C++紧密接合[5]。在Visual C++开发环境下，利用OpenGL图形内核可以开发出功能强大、画面逼真、能够实现动画效果的三维图形应用程序。

1.6 软件开发工具Visual C++ 6.0简介

Visual C++ 6.0是一个功能强大的可视化软件开发工具。自1993年Microsoft公司推出Visual C++1.0后，随着其新版本的不断问世，Visual C++已成为专业程序员进行软件开发的首选工具。虽然微软公司推出了VisualC++.NET(Visual C++7.0)，但它的应用有很大的局限性，只适用于Windows2000,Windows XP和Windows NT4.0。所以，实际中更多的是以Visual C++6.0为平台。

Visual C++6.0不仅是一个C++编译器，而且是一个基于Windows操作系统的可视化集成开发环境，它由许多组件组成，包括编辑器、调试器以及程序向导AppWizard、类向导Class Wizard等开发工具。这些组件通过一个名为Developer Studio的组件集成为和谐的开发环境。

1.7 本论文的结构组成

本论文由六部分组成，分六个章节。第一章为绪论，介绍了机器人的定义、机器人在现代制造业中的地位、课题目的及主要工作、软件开发工具等。第二章为软件开发的理论基础，分别介绍了机器人的符号表示系统、回转变换张量法和矩阵法。第三章是本论文的主要部分，介绍了软件的主要功能及其开发过程。第四章列举了部分由该软件生成的数学曲线，这些曲线都是由本软件自动生成的机器人所描绘的路径，有些曲线看上去十分奇妙，故列举一部分，以供读者赏析。这部分结果是作者预先没有想到的，其意义在于：建立了机械机构的运动轨迹与二维及三维数学曲线之间的对应，对数学工作者具有一定的参考价值。第五章介绍了软件的界面。第六章是结论和展望，总结了课题的不足之处和今后的努力方向。

第二章 软件开发的理论基础

本章主要介绍软件开发的理论基础。本软件用到的理论主要有三个方面，即：机器人的符号表示系统、回转变换张量法、矩阵法，下面分别进行介绍。

2.1 机器人的符号表示系统

本节除了介绍机器人的符号表示法外，还要讨论由该符号表示法产生的方案中哪些方案明显不合理，为什么不合理以及怎样去除等问题。

2.1.1 机器人的符号表示法

机器人方案的生成参考了文献[2]和文献[3]，并在两篇文献的基础上作了一定的改进与完善。在此只做简要介绍。

无论机器人的结构多么复杂，其关节无非是转动副或者移动副。对于转动副关节，本文将其分为两种形式（文献[2]中为三种），一种是铰链关节，另一种是回转关节。移动副关节只有一种，即移动关节。因此总共将关节形式分为了三种（文献[2]中总共分为了4种）。要想使软件能够自动生成多种方案，首先需要一套计算机能够识别和操作的符号。本文采取了文献[2]中的符号表示法。关节符号约定如下：“⊥”：回转型关节；“□”：移动型关节；“⊙”：铰链型关节（如图2-1从左至右所示）。

图2-1 关节符号及其对应的关节三维模型

其它符号约定如下：

B ：基座；

i L ：第i-1个关节与第i 个关节之间的连接杆，i =1,2,3,…n ；

i j ：第i 个关节，i j ∈{⊥，□，⊙}；

n M ：具有n 个关节的机器人。

有了这些表示符号，就可以在计算机上实现自动逻辑推理（而机构简图是无法进行逻辑运算的）并且表达一个机器人的机械结构。例如，某种三关节机器人可以表示为3123M =B L L L ⊥e e ，

对应的机器人简图如图2-2所示；某种四关节机器人可以表示为41234M =B L L L L ⊥e W e ，对应的机器人简图如图2-3所示。依次类推，可得到任意关节数的机器人结构。机器人的表达式通式为：

1122n n n M Bj L j L j L =L

这样，当关节数目一旦确定后，就可以根据排列组合知识得到所有机器人方案。详细内容可查阅文献[2]。

图2-2三关节机器人 图2-3 四关节机器人 2.1.2 去除不合理方案

理论上讲，n 个关节的机器人应有n

3种不同结构方案。但其中一些不合理，需要去除。对于不合理方案的去除，目前只是处于初步研究阶段，主要按两个依据进行去除。第一个依据为：是否增加冗余自由度，第二个依据为：是否对末端姿态有独立贡献。

根据冗余自由度去除不合理方案。例如，当两个移动关节相邻时（如图2-4），一个移动完全可以等效代替两个移动的合成，那么其中的一个就是多余的，因此需要去除。同理当两个同轴回转关节相邻时（如图2-5），两个同轴转动完全可以由一个转动等效代替，其中的一个也是多余的，因此也要去除。现将此类关节组合列出：

①有两个回转关节相邻，即“i L ⊥⊥L L ”

； ②有两个移动关节相邻，即“i L L W

W L ”； ③两个移动关节之间夹一个回转关节，即“i 1i i 1L L L ?+⊥L W

W L ”； ④两个回转关节之间夹一个移动关节，即“i 1i i 1L L L ?+⊥⊥L W

L ”。

图2-4两个移动关节相邻 图2-5两个回转关节相邻 图2-6两个铰链型关节相邻 在超过四个关节的机器人中，按从基座到末端的顺序看，前三个关节一般决定位置，后面的关节主要决定姿态。因此，对第四至第六个关节而言，可根据是否对末端姿态有独立贡献来去除不合理方案。例如，在后三个关节中出现两个铰链型关节相邻的组合型式，即“…L i-1⊙L i ⊙…”型方案，如图2-6。这种组合对末端姿态的贡献只相当于一个铰链型关节，即只能绕一个坐标轴转动。此外，机器人末端执行器的姿态只能由转动关节来控制，移动关节不能控制姿态，也需要去除。因此，对于4~6关节机器人而言，后三个关节中不应含有移动关节。这也是去除不合理方案的一个依据。

实现去除不合理方案的算法有两步：第一，根据排列组合，利用for 循环产生所有方案；第二，用if 语句判断，凡含有以上四种关节组合方案之一的，均不向方案列表框中添加，即跳过这样的方案。这样就可以将所有不合理方案去除。

虽然经过仔细研究，根据以上所述的几条依据去除了一部分不合理方案，但并不彻底，剩余的方案里仍可能含有不合理方案，本文对此问题只研究到此，未尽问题有待于更多的人对此进行深入探讨，这也是文献[2]的一个不足之处。因此，实际保留下来的方案数目要远小于n

3。

前面的论述中反复出现 ‘姿态’这个术语，它是机器人研究中的一个重要概念，为了便于读者理解本文的工作，我们有必要对这一术语加以较为详细的定性解释。

对于质点，只要知道它在坐标系中的坐标，即可完全描述其位置属性。而对于刚体则不同，要完全描述其位置属性，除了给出其上任意一点的坐标外，还需给定它相对于各坐标轴的角度，该角度所传达的信息其实就是这里提到的“姿态”。简单地说，“姿态”就是机器人末端杆相对于基础坐标系的姿势或者朝向，一般用33×的矩阵（也称为回转变化张量）表示。具体介绍见下节内容。 2.2 回转变换张量法

目前，国际上用来进行空间机构运动分析的数学方法很多，例如旋量法、对偶数法、四元素法、矩阵法、回转变换张量法和建立在球面三角基础上的向量代数法等等。这些方法各有其优缺点[4]。但对于非数学专业的一般工程设计人员来说，除回转变换张量法和矩阵法外，其他方法都过于抽象，很难理解和实际应用。本文选用回转变换张量法和矩阵法，是因为这两种方法简明易懂、使用方便，只需具备基本的矢量代数知识及矩阵理论即可理解。

机器人机构由具有确定相对运动的杆件所组成，因此，对机构运动的研究实际上是对杆件以及杆件上指定点的运动以及杆件之间运动关系的分析研究。为此，在每个杆件上设立坐标系，使杆件上点的位置及其运动以及各杆件坐标系之间的变换关系可使用数学的方法来描述。在本文中使用回转变换张量法这一数学方法来研究机器人机构的运动学问题。回转变换张量是一个由机构运动参数（例如角位移参数）表示的系数矩阵，表达了回转运动变换的特征[4]。通过后面的内容，读者会逐步加深对回转变换张量法的优点的理解（假定读者熟悉矢量代数和矩阵理论）。

2.2.1 杆件坐标系及向量的回转变换

2.2.1.1 点的位置在坐标系中的表示

图2-7 点的位置在坐标系中的表示 如图2-7所示，在空间的一个杆上（可用图中的OP 代表）设有坐标系oxyz ,o 为坐标原点，i,j,k 分别为三个坐标轴x,y,z 方向的单位向量，以列矩阵表示为

100????=??????i ，010j ????=??????，001k ????=??????

在后文中，凡出现坐标系的地方，其x 、y 、z 三个坐标轴方向的单位向量均为i ，j ，k ，在此一并说明，后文不再一一赘述。

杆件上任一点P 的位置可由它在三个坐标轴上的坐标来决定。表示为P （x,y,z ）,也可用连接点o 与P 的位置向量R 表示为

[][]100010I 001x x x x x y z y y y y z z z z ????????????????????=++===??????????????????????????????R i j k =i j k ，式中[]100I 010001????=??????

为33×单位矩阵，

即x i ，y j ，z k 是三个向量，R 是这三个向量之和。

2.2.1.2 绕坐标主轴回转的坐标变换

图2-8 绕坐标主轴回转的坐标变换 如图2-8所示，我们将坐标轴x 、y 、z 命名为坐标主轴并称oxyz 坐标系为基础坐标系。令oxyz 坐标系绕z 轴逆时针回转θ角（z 轴垂直于纸面向外），这时得到另一坐标系，其中z'轴和z 轴重合，方向依然为垂直于纸面向外（图中未示出）。点P 在基础坐标系中的坐标为(,,)p p p x y z ，而在新的坐标系ox’y’z’中P 的位置坐标为'

'

'

,,)(x y z p p p 。

设新坐标系各单位向量′′′,,i j k 在基础坐标系oxyz 各坐标轴上的分量分别为i j k

i i i ′′′，，；,,i j k

j j j ′′′；,,i j k k k k ′′′，并有 cos ,sin ,0i j k

i i i θθ′′′′′′=?==?==?=i i i j i k sin ,cos ,0i j k j j j θθ′′′′′′=?=?=?==?=j i j j j k

0,0,1i j k k k k ′′′′′′=?==?==?=k i k j k k

因此，可将,,′′′i j k 分别表示为

[]cos sin i i i i i i i i i i j k j j 0i i k k θθ????′′′?????????????????′′′′′′′===?=????????????′?????????′′????????

i i i i +j +k =i j k i j i k sin cos j i j j j j i j k j 0j k θθ??′′??????

????????′′′′′′===?=??????????′???????′????

j i j i +j +k j j j k 001k i k k k k i j k j k k ??′????????′′′′′===??????????′????

k i +j +k 将i ′、j ′、k ′合并为坐标矩阵为

[]cos sin 0sin cos 0001θθθθ′′′????????????′′′′′′=???=????????′′′???????

i i j i k i i j k i j

j j k j i k j k k k （2-1)

这个矩阵中各元素由运动参数——转角θ（如图2-8所示）的函数构成，表示了oxyz 坐标系

绕z 轴回转θ角所得坐标系ox ′y ′z ′中坐标的变换，表示为k E θ，即

cos sin 0sin cos 0001k E θθθθθ?????=??????

（2-2)

这时，点P 的位置在坐标系oxyz 中表示为

[]x x x p p p k y x y z y E y p p p p p p z z z p p p θ??????′′????????????′′′′′′′′′′′===????????????′′????????

????

R i +j +k =i j k （2-3) 或 ()x x x p p p 1k k y E y E y p p p z z z p p p θθ??????′????????????????′==????????????????′????????????

（2-4) 式中()1k k E E θθ????=????表示为k E θ的逆矩阵，其各元素的值可以)θ?（代入式（2-2）中计算。上面二式表示了同一点在新坐标系中的坐标对其在基础坐标系中的坐标的变换关系。

2.2.1.3 向量的回转变换

图2-9 向量的回转变换 为后续章节处理机器人杆件的回转变换做铺垫，本节介绍与之相关的理论基础，即向量的回转变换。如图2-9所示，在坐标系oxyz 中，z 轴垂直于纸面向外。当基础坐标系oxyz 绕z 轴逆时针（用右手定则判断方向）回转θ角得到坐标系ox ′y ′z ′时，若点P 的位置向量R 也随之回转到

R ′的位置，并落在P ′上。这时点P ′在基础坐标系oxyz 中的坐标为（,,p p p x y z ′′′）

，而在坐标系ox ′y ′z ′中的坐标为（,,p p p x y z ）。这时在坐标系oxyz 中

[]()x x x p p p k k y x y z y E y E p p p p p p z z z p p p θθ??????′????????????′′′′′′′′====????????????′????????????

R i +j +k =i j k R 从上式中可以看出：

（1）()k =E θ′R R ，表示了向量R 与由其本身绕轴z 回转θ角所得的向量′R 之间的回转变换，矩阵k E θ称为回转变换张量；

（2）[]x x x p p p k y y E y p p p z z z p p p θ??????′????????????′′′′==????????????′??????????

??

i j k ，表示了坐标系内二点坐标之间的变换，因此k E θ又称为坐标变换矩阵。 上面所述回转变换是绕z 轴回转θ角时的情况，同样，当绕x 轴或y 轴回转θ角时，回转变换张量分别为i E θ或j E θ，并表示为

1

000cos sin 0sin cos i E θθ

θθ

θ????=??????? （2-5) cos 0sin 0

10sin 0

cos j E θθθθθ????=??????? （2-6) cos sin 0sin cos 000

1k E θ

θθθ

θ?????=?????? （2-7)

在后文要介绍的机器人正、逆运动学求解过程中，主要用到的就是以上三式，因此记住它们十分必要。

2.2.2 回转变换张量的性质及运算法则

2.2.2.1 回转变换张量的性质

1) 回转变换张量是一个33×矩阵，可以表示为

[]11

121321

2223313233a a a =a a a a a a ????′′′=??????

E i j k （2-8) 每一列向量分别代表′′′i ,j ,k ，因为′′′i ,j ,k 之间相互垂直，因此E 为正交矩阵，且有

22211

2131222122232222132333111221223132121322233233131123213331a a a 1a a a 1a a a 1a a a a a a 0a a a a a a 0a a a a a a 0′′??=++=?′′?=++=??′′?=++=??′′?=++=?

?′′?=++=?′′??=++=?i i j j k k i j j k k i （2-9) 或

22211

1213222212223222313233112112221323213122322333311132123313a a a 1a a a 1a a a 1a a a a a a 0a a a a a a 0a a a a a a 0?++=?++=??++=??++=?

?++=??++=? （2-10) 公式（2-9）和（2-10）表明，回转变换张量为正交矩阵，其中每列或每行各元素之平方和为1，两个不同的行或列对应元素乘积的和为零。

2) 若E 0ωθ≠，则对于正交矩阵E ωθ有

-1T

(-)E =E =E ωθωθωθ???????? (2-11) ()[]-E E =I ωθωθ (2-12)

3) 两个回转变换张量（矩阵）相等，则对应元素相等，但由公式（2-9）或（2-10）可知，九个元素只有三个不同行且不同列的元素独立，其余6个元素受公式（2-9）或（2-10）的约束，故只能取独立的元素对等而构成三个独立方程式。至于取哪三个独立元素以组成方程式，则需视各元素所含运动参数及求解的需要按尽量简单的原则决定。不管三个独立方程式如何组合，其求解结果应是一致的。

4) 回转变换张量行列式E ωθ的值为1，且因由公式（2-9）或（2-10）所表示的约束关系，回转变换张量行列式中每一元素均等于其代数余子式。

例如cos sin 0sin cos 0001k E θθθθθ?????=??????，元素cos 0cos 0111a θθ==，cos sin sin cos 33a 1θθθθ

?==，0sin sin 10

12a θθ=?=。 2.2.2.2 回转变换张量的运算法则

1) 若m 为常数，则()()E m mE ωθωθ=R R 。

2) 向量和绕轴回转某一角度的结果等于各向量分别绕同一轴回转同一角度后的向量和。即

()()()()E =E +E +E +ωθωθωθωθL L L 123123R +R +R +R R R

3) 若向量绕不同轴连续回转，当回转顺序改变时，两者结果不相等。例如

()()k j j k E E E E βααβ≠R R

这时，将上面式子左、右两边各自展开，显然

()()(

)cos sin cos sin cos sin sin cos sin cos k j k j x x z y E E E E y x z y z x z βαβαααββααββαα+?????????==+++?????????+????

R ()()()cos sin cos sin sin cos cos sin sin cos j k j k x x y z E E E E y x y z x y αβαβββααββββαα?+????????==+??????????+????

R 4) 若向量绕自身轴线回转，则仍为本向量，表示为()E ωθ=ωω

5) 若()E ′=R R ，则模′=R R ，即r r ′=，或有222222x y z x y z ′′′++=++。即向量回转时位置改变而其模（大小）不变。

6) 若向量绕同轴连续回转时，则有

()()()()121221E E E E E ωθθωθωθωθωθ+==R R R

7) 若()()1122E E ωθωθ′==R R R ，但1122E E ωθωθ≠，这是因为上式仅能说明R 分别绕不同的轴回转不同的角度而达到′R 这一相同位置，但回转变换的过程是不相同的。

8) 数量积()()()E E =E ===???T T 1212121221R R R R R R R R R R

9) 向量积()()()E E =E ××1212R R R R

如果能灵活运用以上介绍的这些性质和运算法则，可以使得计算过程简单方便，有利于提高准确率和计算速度。

2.3 矩阵法

图2-10 既有旋转又有平移的情况

如图2-10所示，坐标系o ′x ′y ′z ′对基础坐标系oxyz 除具有相对回转运动外，还作平移运动，这时坐标原点由o 移动至o ′，其移动的距离和方向可用平移向量表示为

o o o o x y z ??′??

??′==??′????

R （2-13） 设有一点P 在坐标系o ′x ′y ′z ′的位置坐标为(),,x y z ′′′，位置向量为′′R o ，在基础坐标系oxyz 中与′′R o 对应的向量为′R ，则在基础坐标系oxyz 中，位置向量R 表示为

()x =y o o +E o z ????′′′=+??????

R R R =R R 根据公式（2-3）有

000x x x =y y E y z z z ′′′′????????????′=+????????????′????

??R （2-14) 式中，E 为回转变换张量表示的坐标变换矩阵，可视绕哪个坐标主轴回转的具体情况确定[4]。

公式（2-14）可写为44×矩阵的型式，即所谓齐次坐标式。将一个n 维空间的点用n+1维坐标表示，则该n+1维坐标即为该n 维坐标的齐次坐标，例如点()1,2,3的齐次坐标可写为(),,,1231，或者(),,,2462，或者(),,,3693等等诸如(),,,1w 2w 3w w 的形式，其中w 称为比例因子，以上各种形式都表示同一点()1,2,3。

把坐标系间的相对移动和转动关系用一个矩阵表示并写为

1011=′′??????????????????

R E Ro R o （2-15) 100011111213021

222303132

33

0x a a a x x y a a a y y z a a a z z ′′????????????′′??????=??????′′????????????

（2-16) 并有 10111?′′′??????=????????????

o R o E R R (2-17) 式（2-17）是将回转变换和平移变换合并在一个矩阵里了，也可以使旋转和平移分开但具有相同形式，即都是44×矩阵。例如平移变换矩阵可以写成

(),,100x 010y T x y z 001z 000

1??????Δ=??????V V V V V （2-18) 式（2-18）表示沿x 轴平移x V ，沿y 轴平移y V ，沿z 轴平移z V 的平移变换矩阵。旋转变换矩阵

可以写成

()cos sin ,sin cos 100000R i 000

001θθθθθ???????=?????? （2-19) ()cos sin ,sin cos 000100R j 000

001θθθθθ??????=??????? （2-20) ()cos sin sin cos ,0000R k 00100001θθθθθ???????=??????

（2-21) 式（2-19）、（2-20）、（2-21）分别表示绕x 、y 、z 轴旋转θ角的旋转变换矩阵。

这就是矩阵法，其本质与回转变换张量法是一致的，只不过是将回转变换张量和平移向量组合在一起，并入一个矩阵中。即使如此，仍要将这两种方法区别为不同的方法。需要特别强调，即使这么细微的一个差别，也会对某些具体情况产生很大影响。对本课题而言，这样做可以使平移和旋转具有相同的表示形式，对编程求机器人正运动学解比较方便。随着后面章节的介绍，会逐步对这种区分的优点加深理解。

2.4 机器人机构的一般位形方程

图2-11 机器人位形 本节的内容建立在上述数学基础之上，介绍机器人机构的一般位形方程。所谓机器人的位形

是指机器人末端执行器的位置和姿态。图2-11所示为四关节机器人简图，该机器人共有4个杆件，本文用符号c i 表示第i 个杆件的长度，θi 表示第i 个局部坐标系i i i i o x y z 相对于与其相邻的前一个坐标系i 1i 1i 1i 1o x y z ????绕相应坐标轴的角位移，G 点是末端执行器的几何中心，即夹持点。本文对各关节处的坐标系做这样的约定：“零位”时，x 轴水平向右，y 轴垂直于纸面向里，z 轴竖直向上。左图为机器人的“零位”状态，即初始状态，右图为任意位姿状态。

位形方程包括两部分，即位置方程和姿态方程（也就是坐标变换方程）。位置方程是求夹持点G 在基础坐标系（全局坐标系）oxyz 中的位置向量，姿态方程是求末端坐标系o g x g y g z g 与全局坐标系oxyz 之间的坐标变换矩阵。设夹持点G 的位置向量为P （即基础坐标系坐标原点指向点G 的矢量，图中未示出），末端坐标系相对于全局坐标系的姿态用E 表示，则根据前述知识，该机器人的位形方程分别为：

位置方程：

()()()31241234j k j j k k k k E E E E θθθθ=+++P C C C C （2-22)

姿态方程：

3124j k j j E E E E E θθθθ= （2-23)

其中，x y z ????=??????P ，00k i i c ????=??????

C ，cos 0sin 010sin 0cos i i i j i i E θθθθθ????=???????，cos sin 0sin cos 0001i i i k i i E θθθθθ?????=??????。 若θi 为已知， P 、E 为未知，则求P 、E 的问题称为机器人正运动学；相反，若P 、E 为已知，θi 为未知，则求θi 的问题称为机器人逆运动学。机器人正、逆运动学理论对本软件的开发比较重要，第三章中将会结合具体的机器人进行详细介绍。

2.5 本章小结

本章主要介绍了本课题所用到的理论依据。其中，机器人的符号表示系统属于新提出的方法，尚不完善，有待于一步探讨。回转变换张量法和矩阵法本质上是一致的，回转变换张量法将回转变换和平移变换分开来处理，在某些场合下有其优越性。而矩阵法将回转变换和平移变换容于同一个矩阵中，便于集中处理，同样有其优点。可以说各有各的方便之处，本文中两种方法都用到了，其中在处理机器人正运动学问题时，用的是矩阵法，在处理机器人逆运动学时用的是回转变换张量法，后面将会陆续介绍。

工业机器人设计(大四机器人课设作业)(DOC)

“工业机器人”设计大作业 作品题目：货物装卸机器人 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 指导教师：陈明

1 前言 货物装卸作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。货物装卸机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件货物装卸工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的货物装卸机器人愈10 万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛货物装卸、集装箱等的自动货物装卸。部分发达国家已制定出人工货物装卸的最大限度，超过限度的必须由货物装卸机器人来完成。装卸货物装卸是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高 2 设计方案论证 本课题通过对货物装卸机器人工作对象及工作场所的分析研究，深入了解其工作是 如何进行，各部分零部件应该如何运行以及如何紧密配合，先确定其总体结构再对主要 零部件进行设计计算确定其尺寸大小以及确定电机型号。 2.1 基本思想 （1）设计要考虑要求和工作环境的限制。 （2）考虑到货物装卸货物时所需要精确度不是很高，为了简化结构，境地成本，采用 角铁焊接结构。 （3）为了满足设计要求，须设计三个独立的电机驱动系统，各部分之间通过计算 机控制、协调工作。 （4）本次设计只是该题目的机械部分，而对应控制部件的考虑较少。 3 仓库货物装卸机器人的设计计算 3.1 货物装载伸缩装置的设计 3.1.1 确定传动方案 我们所学的传动方式有以下几种：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢 丝绳传动等，一般地说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热 情况较为严重，因而传动的功率不宜过大；摩擦轮传动由于必须有足够的压紧力，故而 在传递同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因而不宜用于大功率传动。带传

六自由度工业机器人设计

六自由度工业机器人 对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人机器人能实现哪些功能活动空间（有效工作范围）有多大了解基本的要求后，接下来的工作就好作了。 首先是根据基本要求确定机器人的种类，是行走的提升（举升）机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式，也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。 接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程，在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图，分析简图，制定动作流程表（图），初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容，设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制，材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容，确认生产。 下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程： 在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的，在自动化生产线上的就有很多例子，如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子，如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速，机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。 六轴机器人的应用范筹不同，设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多，结构各有特色。在中国应用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。 既然机器人的应用那么广泛，在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题！有关机器人技术方面探讨太少了从业人员还不能成群体虽然在很多地方可以看到机器的论术，可是却没有真正形成普及的东西。 即然是要说设计，那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些，讲得不对的地方还请各位指正！ 六轴机器人是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人，应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢工作范围又怎样去确定动作怎样去编排呢位姿怎样去控制呢各部位的关节又是有怎么样的要求呢等等。。。。。。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧！ 首先我们设定：机器人是六轴多自由度的机器人，手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪;完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件，工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量：1700mm;转动270度;底座与地平线水平固定;全电机驱动。 好了，有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。 首先是全电机驱动的，那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了，也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。 机器人是用于焊接方面的，那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面，那就是焊接工艺;即然焊艺定不下来，我们就给它区分一下，在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。。。。。。 搞清了各种焊方法，也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行;在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考，有一个大概的轮廓概念就行了，待机械结构做完，各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。 焊枪是用常用的标准的焊枪，也就是说焊枪是随时可以更换下来的，也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。

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

工业机器人设计方案

工业机器人设计方案 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。工业机器人机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。工业机器人机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。 目录 1.工业机器人特点有以下几个 2. 工业机器组成结构及工作原理 3.工业机器人有哪些 1.工业机器人特点有以下几个

(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。

工业机器人操作机的设计方法和步骤

工业机器人操作机的设计方法和步骤 （1）确定工作对象和工作任务开始设计操作机之前，首先要确定工作对象、工作任务。 1）焊接任务：如果工作对象是一辆汽车或是一个复杂曲面的物体，工作任务是对其进行弧焊或点焊，则要求机器人的制造精度很高，弧焊任务对机器人的轨迹精度和位姿精度及速度稳定性有很高的要求，点焊任务对机器人的位姿精度有很高的要求，两种任务都要求机器人具备摆弧的功能， 同时要能在狭小的空间内自由地运动，具备防碰撞功能，故机器人的自由度至少为六个。 2）喷漆任务：如果工作对象是一辆汽车或是一个复杂曲面的物体，工作任务是喷涂汽车的内部和车门或是复杂曲面物体的表面，则要求机器人手腕要灵活，能够在狭小的空间内自由地运动，具备防碰撞功能；要求机器人能够在长时间内连续稳定可靠地工作；同时要求机器人具备光滑的流线型外表面，漆、气管线最好能从其横臂和手腕内部通过，使机器人外表不易积漆积灰，不会污染已喷好的工作对象，且漆、气管线也不易损坏；因喷漆机器人是在易燃易爆的工作环境中工作，故要具备防爆的功能。同时对机器人的轨迹精度和位姿精度及速度稳定性也有较高的要求。机器人的自由度至少应为六个。 3）搬运任务：如果工作对象比较笨重，工作任务是定点搬运，定位精度要求高，则对机器人的承载能力和定位精度有高的要求。如果工作对象比较轻巧，工作任务也是定点搬运，但要求轻拿轻放，且定位精度要求高，则对机器人的速度稳定和定位精度有高的要求。 4）装配任务：对机器人的速度稳定密和位姿精度有很高的要求。 有些机器人能完成多种工作任务，如MOTOMAN - SKI20系列机器人，既可以用于搬运也可以用 于点焊，具有快速、精巧、强有力和安全性高的特点；另一种MOTOMAN—SK6/ SK16系列机器人， 可以完成弧焊、搬运、涂胶、喷釉和装配多种任务，具有高速、精巧和可靠性高的特点。 设计新型机器人时，要充分考虑以上诸多因素，并应多参考国内外同类产品的先进机型，参考其设计参数，经过反复研究和比较，确定出所要机械部分的特点，定出设计方案。下面以一台六自由度交流伺服通用机器人为例讲一下设计过程。 （2）确定设计要求 1 ）负载：根据用户工作对象和工作任务的要求，参考国内外同类产品的先进机型，确定机器人 的负载。一般喷漆和弧焊机器人的负载为5?6kg。 2 ）精度：根据用户工作对象和工作任务的要求，参考国内外同类产品的先进机型，确定机器人未端的最大复合速度和机器人各单轴的最大角速度。 3 ）精度：根据用户工作对象和工作任务的要求，参考国内外同类产品的先进机型，确定机器人 的重复定位精度、如弧焊机器人的重复定位精度为土0.4mm ABB公司开发的Model 5003型喷漆机器人的重复定位精度为土1mm同时要确定构成机器人的零件的精度、臂体的尺寸精度、形位精度和传动链的间隙，如齿轮的精度和传动间隙；还要确定机器人上所用的元器件的精度，如减速器的传动精度、轴承的精度等等。

工业机器人毕业设计

工业机器人 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产率，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重要的成员，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程度极大的工作，工作方式一般采取示教在线的方式。 本文将设计一台圆柱坐标型的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台：在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、以及控制元件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。

目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算

3.5 手臂强度校核 4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢

工业机器人培养方案

工业机器人技术专业人才培养方案（2016级、三年制） 专业名称：工业机器人技术 专业代码： 招生对象：普通高中毕业生及同等学历者 学制与学历：三年制大专

一、制订人才培养方案的依据 为了适应社会经济建设的高速发展，满足社会对工业机器人技术应用高技能人才的需求，进一步推动高等职业教育体制改革，根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》、《国民经济和社会发展第十三个五年规划》、《机械工业十三五规划》、《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》（教高[2000]2号）、《教育部关于以就业为导向深化高等职业教育改革的意见》（教高[2004]1号）与《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干建议》（教高[2006]16号）、《教育部财政部关于支持高等职业学校提升专业服务产业发展能力的通知》（教职成[2011]11号）、《中国制造2025》及教育部关于发展高等职业教育相关文件精神，结合我公司实际情况，加强工业机器人技术专业的建设，制定了本专业人才培养方案。 二、培养目标与规格 培养目标：本专业培养拥护党的基本路线，德、智、体、美等全面发展，具有良好的科学文化素养、职业道德和扎实的文化基础知识。具有获取新知识、新技能的意识和能力，能适应不断变化的工作需求。熟悉企业生产流程，具有安全生产意识，严格按照行业安全工作规程进行操作，遵守各项工艺流程，重视环境保护，并具有独立解决非常规问题的基本能力。掌握现代工业机器人安装、调试、维护方面的专业知识和操作技能，具备机械结构设计、电气控制、传感技术、智能控制等专业技能，能从事工业机器人系统的模拟、编程、调试、操作、销售及工业机器人应用系统维护维修与管理、生产管理及服务于生产第一线工作的高素质高技能型人才。 （一）专业知识 1.具有常用电子元器件、集成器件、单片机的应用知识； 2.具有传感器应用的基本知识； 3.具有应用机械传动、液压与气动系统的基础知识； 4.具有PLC、变频器、触摸屏、组态软件控制技术的应用知识； 5.具有交流调速技术的应用知识； 6.具有机械系统绘图与设计的知识； 7.具有计算机接口、工业控制网络和自动化生产线系统的基础知识； 8.具有工业机器人原理、操作、编程与调试的知识； 9.具有检修工业机器人系统、自动化生产线系统故障的相关知识； 10.具有安全用电及救护常识。 （二）职业能力 1.读懂机器人应用系统的结构安装图和电气原理图的能力； 2.测绘简单机械部件生成零件图和装配图，跟进非标零件加工，完成装配工作的能力；

工业机器人人才培养方案(三年制)

工业机器人应用技术专业 人才培养方案 专业代码： 适用年级： 专业负责人： 制定时间： 业务主任审批： 专业建设指导委员会审定： 系主任审批： 教务处审批： 主管院长审批： 审批时间：年月日

2015级工业机器人技术专业人才培养方案 （专业代码：580218） 一、招生对象及学制 1．招生对象： 普通高中生、中等职业学校毕业生。 2．学制：三年 二、专业培养目标 本专业培养拥护党的基本路线，德、智、体、美等全面发展，具有良好的科学文化素养、职业道德和扎实的文化基础知识。具有获取新知识、新技能的意识和能力，能适应不断变化的工作需求。熟悉企业生产流程，具有安全生产意识，严格按照行业安全工作规程进行操作，遵守各项工艺流程，重视环境保护，并具有独立解决非常规问题的基本能力。掌握现代工业机器人安装、调试、维护方面的专业知识和操作技能，具备机械结构设计、电气控制、传感技术、智能控制等专业技能，能从事工业机器人系统的模拟、编程、调试、操作、销售及工业机器人应用系统维护维修与管理、生产管理及服务于生产第一线工作的高素质高技能型人才。 三、工业机器人应用技术专业人才培养需求分析 1.工业机器人应用技术专业人才的社会需求分析 （1）工业机器人技术发展现状 a.工业机器人正向全球范围内普及 生产力在不断进步，推动着科技的进步与革新。自工业革命以来，人力劳动已经逐渐被机械所取代，工业机器人的出现是人类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高,机器人的应用范周还在不断地扩大,已从汽车制造业推广到其他制造业,进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外,在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多,如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。 “工业4.0”两大主题，“智慧工厂”重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；“智能生产”主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。工业机器人属于上述信息物理融合系统（CPS）或"物理计算"理念或课题（Physical Computing）。据统计，目前全世界大约有100万机器人在世界各个角落辛勤工作，特别是在人类难以胜任的危险环境里。日本是机器人密度最高的国家，每10万人中就有295个机器人。目前，全球工业机器人装机总量已达到100多万台，主要分布在日本、美国、德国等发达国家。机器人新增的需求主要来自中国等新兴市场，日本等发达国家的保有量较为平稳。 在我国，工业机器人的最初规模应用是在汽车和工程机械行业，主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。工业机器人主要以点焊、弧焊、装配和搬运机器人为主，我国的工业机器人市场已经开始形成，特别是加入WTO以后，对各种以工业机器人为主的先进自动化装备的需求日益迫切。我国现有的机器人研究开发和应用的工程单位超过200家，其中从事工业机器人研究和应用的超过80家。基本掌握了操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，开发出弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，目前生产的各类工业机器人中有90%以上用于生产中。 b.中国将成为全球最大的机器人市场 近年来，中国已成为工业机器人增长最快的国家之一。2004年以来，国内机器人市场年均增长率达到40%以上。2011年，我国工业机器人市场增长率更是高达51%，位居全球第一。23000台的绝对增量也仅次于日韩，排在全球第三位。中国工业机器人几年内或将迎来井喷式发展，而非简单的线性增长。这种井喷式增长，与我国人口和经济现状密切相关。过去我们曾依靠低廉而充沛的人力资源，将中国发展为世界最大制造业大国。但随着用工成本的增长，“人才红利”取代“人口红利”，成为中国制造向中国智造转变的关键。在这样一个转折点上，工业机器人的井喷式增长，既反映出这样的趋势，也将为中国制造提“智”奠定坚实基础。 机器人产业作为高端智能制造的代表，在新一轮工业革命中将成为制造模式变革的核心和推进制造业产业升级的发动机。数据显示，国内工业机器人市场需求日益强劲，新安装量年均增长高达40%。三年内，机器人的应用会有快速的增加，五年后，机器人的应用就会有一个直线式的上升。可

工业机器人的基本工作原理,工业机器人结构系统

工业机器人的基本工作原理,工业机器人结构系统 机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值高，应用范围广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。根据发达国家产业发展与升级的历程和工业机器人产业化发展趋势，到2015年中国机器人市场的容量约达十几万台套。 1工业机器人的基本工作原理 工业机器人是一种生产装备，其基本功能是提供作业所须的运动和动力．其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动．自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。因此在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有相同之处：二者的末端执行器都有位置变化要求，而且都是通过坐标运动来实现末端执行器的位置变化要求。当然机器人也有其独特的要求，是按关节形式运动为主，同时机器人的灵活性要求很高，其刚度、精度要求相对较低。 2工业机器人结构系统 2．1工业机器人构造 从功能角度分析可将机器人分解成四个部分：操作机、末端执行器、传感系统、控制器。操作机：是由机座、手臂和手腕、传动机构、驱动系统等组成．其功能是使手腕具有某种工作空间，并调整手腕使末端执行器实现作业任务要求的动作。末端执行器：也叫工业机器人的手部，它是安装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。感器系统：是指要机器人与人一样有效的完成工作。必须对外界状况进行判断的感觉功能。与机器人控制最紧密相关的是触觉。视觉适合于检测对象是否存在，检测其大概的位置、姿势等状态。相比之下，触觉协助视觉．能够检测出对象更细微的状态。控制器：机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。主要是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。在机器人中采

工业机器人专业实训室建设方案

工业机器人技术专业实训室建设方案该工业机器人实训体系建设方案是根据目前工业机器人建设的最新要求，吸收国内外同类建设方案优点，充分考虑学校区域工业机器人发展特点和区域人才培养的需求，并结合工业机器人教学的特点精心构建而成。 该建设方案集成多种实验实训系统，提供了众多实验例程与典型应用，便于学生、老师熟悉和掌握工业机器人的实际应用。 为符合学校物工业机人专业的建设目标和要求，实训室方案的丰富建设经验与优势、以及专业的定制化服务能力，根据学校的需求，特此设计提出了一个以院校专业学科建设为宗旨的工业机器人应用实训室综合解决方案，方案包含工业机器人的基础实训室建设和工业机器人典型应用实训室建设。 1 / 27

2 实训体系配置及预算 注：本配置表是按照专业建设最全面的设备来配置，仅供参考，我司会根据合作院校的具体需求来定制化配置或调整。 述特色化专业课程体系完整配套），具体建议如下：（此配置暂以30人/班配置） 注：本表方案是按照专业建设最全面的设备来配置，仅供参考。我司会根据具体的需求来定制化配置。 2 / 27

3 工业机器人实训室详细设计方案 3.2 工业机器人多功能实训室 实训目标 通过多功能实训室建设能够满足工业机器人编程、系统调试、以及机电设备的安装与调试实训教学。通过实训使学生掌握工业机器人应用的以下技能：1）熟悉工业机器人应用系统的基本组成； 2）熟练掌握工业机器人编程与调试的能力； 3）熟练掌握工业机器人示教器的使用方法与技巧； 4）熟练掌握工业机器人示教器的编程与示教功能； 5）掌握工业机器人离线编程的基本能力； 6）掌握工业机器人安全使用规范； 7）掌握工业机器人码垛应用的编程与调试方法； 8）掌握工业机器人轨迹规划的编程与调试方法； 9）掌握工业机器人TCP定点的编程与调试方法； 10）掌握工业机器人固定位置排序的的编程与调试方法。 实训项目 1）工业机器人的基本认识实训； 2）ABB机器人控制器结构认识； 3）ABB控制器IO接线实训； 4）FlexPendant主要组成实训； 5）ABB示教器基本操作实训； 3 / 27

工业机器人设计与实现毕业设计

工业机器人毕业设计 目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算 3.5 手臂强度校核

4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢

1 绪论 1.1 工业机器人研究的目的和意义 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统 （FMS）、自动化工厂（ＦＡ）、计算机集成制 造系统（ＣＩＭＳ）的自动化工具。广泛采用 工业机器人、不仅提高产品的质量与数量而且 也保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强 度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低 生产成本有着十分重要的意义。与计算机、网 络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益 改变着人类的生产和生活方式。 ２０世纪８０年代以来，工业机器人技术逐渐成熟、并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及工程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。 １驱动方式的改变 ２０世纪７０年代后期，日本安川电动机公司研制出了第一台全自动的工业机器人而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。但与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大的提高。因此它逐步代替了采用液压驱动的机器人成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、ＲＶ减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。 ２信息处理速度的提高 机器人的动作通常是通过机器人的各个环节的驱动电动机的运动而实现的。为了是机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算并在此基础上向机器人的各个环节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，CPU的计算能力有了很大的提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制２０多个关节。机器人控制性能的提高，也进一步促进了工业机器人本身性能的提高并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展已经出现了多台机器人通过网络共享信息并在此基础上进行协调控制的技术趋势。 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势 目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中，极大的促进物流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据

工业机器人课程设计

河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日

目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一

步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势

工业机器人实验室建设方案

机器人技术实验室建设方案 一、机器人技术发展历史与现状 机器人技术是多学科交叉与综合的高技术，对国民经济和国家安全具有重要的战略意义。目前全球面临一个技术变革的时代，无论美国的制造业复兴计划还是欧盟的工业4.0战略，机器人都是其中的重要内容。 机器人产业被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，发展机器人产业已成为世界各国抢占未来经济科技制高点的国家战略。随着工业产业的转型升级，工业机器人的应用呈逐年快速增长态势。根据国际机器人联合会(IFR)的数据，2011年是工业机器人产业自1961年以来最蓬勃发展的一年，全球市场同比增长37%。而中国市场则成为增幅最大的市场这一年，中国工业机器人销售量达22577台，较2010年实现了50.7%的增长。德国KUKA机器人、日本川崎机器人等世界500强的机器人制造公司，近年来也将市场重点转到了中国，ABB公司甚至把自己的全球总部设在了中国。 中国在2014年已经成为全球最大的工业机器人消费国，预计2015年，中国工业机器人市场需求量将达到62400台，占全球总量的30%，居全球之首。未来10年内中国机器人市场还将至少保持30%以上的高速增长。工业机器人“中国制造2025”也被称为中国版的工业 4.0规划，工业机器人的使用是实现中国制造转型升级的强力技术手段。 二、机器人技术实验室建设的重要性 1、制造业升级的重要性 长期以来，由于我国人口众多、劳动力价格低廉、生产技术水平又相对落后，工业机器人的应用受到了很大限制。但是，随着工业机器人价格的不断降低和性能的不断提高，劳动力成本不断上升，尤其是汽车业的快速发展，我国工业机器人应用情况正在发生质的变化。制造企业不再最求劳动力的廉价，而是努力获得高精高效的生产方式与管理手段。 同时劳动力成本的不断提高促使工业机器人不断进入企业。随着经济的发展，制造业工人从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出更高要求，像焊接、喷涂等恶劣工作条件的岗位将会被机器人所代替，制造业巨头“富士康”提出百万机器人上岗目标的政策和德国库卡在上海基地的产量占全球的1/3充分说明了这点。 与此同时，国家对与蓬勃发展的自动化产业配套的高技能人才的需求也逐渐增加，其中工业机器人的应用与维护技能人才的需求尤为突出，重复性简单、人口密集型的劳动逐步将被淘

工业机器人课程设计--多功能机械手-精品

《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 2014 年10 月1 日

目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15)

一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，

工业机器人项目策划方案

工业机器人项目 策划方案 规划设计/投资分析/实施方案

报告说明— 该工业机器人项目计划总投资13803.45万元，其中：固定资产投资10313.62万元，占项目总投资的74.72%；流动资金3489.83万元，占项目总投资的25.28%。 达产年营业收入27190.00万元，总成本费用21059.78万元，税金及附加242.82万元，利润总额6130.22万元，利税总额7218.59万元，税后净利润4597.66万元，达产年纳税总额2620.93万元；达产年投资利润率44.41%，投资利税率52.30%，投资回报率33.31%，全部投资回收期4.50年，提供就业职位424个。 工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。

目录 第一章项目总论 第二章承办单位概况 第三章背景及必要性 第四章建设规划 第五章项目选址 第六章项目工程设计说明第七章工艺可行性 第八章项目环保研究 第九章企业卫生 第十章建设风险评估分析第十一章节能说明 第十二章项目进度计划 第十三章投资方案计划 第十四章项目经营效益分析第十五章总结说明 第十六章项目招投标方案

第一章项目总论 一、项目提出的理由 工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业 加工制造功能。 二、项目概况 （一）项目名称 工业机器人项目 （二）项目选址 某某产业示范中心 所选场址应避开自然保护区、风景名胜区、生活饮用水源地和其他特 别需要保护的环境敏感性目标。项目建设区域地理条件较好，基础设施等 配套较为完善，并且具有足够的发展潜力。项目建设区域以城市总体规划 为依据，布局相对独立，便于集中开展科研、生产经营和管理活动，并且 统筹考虑用地与城市发展的关系，与项目建设地的建成区有较方便的联系。对各种设施用地进行统筹安排，提高土地综合利用效率，同时，采用先进 的工艺技术和设备，达到“节约能源、节约土地资源”的目的。 （三）项目用地规模

工业机器人项目投资建设规划方案(模板)

工业机器人项目 投资建设规划方案 规划设计 / 投资分析

工业机器人项目投资建设规划方案说明 该工业机器人项目计划总投资9541.78万元，其中：固定资产投资7817.14万元，占项目总投资的81.93%；流动资金1724.64万元，占项目 总投资的18.07%。 达产年营业收入13388.00万元，总成本费用10447.95万元，税金及 附加166.24万元，利润总额2940.05万元，利税总额3511.81万元，税后 净利润2205.04万元，达产年纳税总额1306.77万元；达产年投资利润率30.81%，投资利税率36.80%，投资回报率23.11%，全部投资回收期5.83年，提供就业职位254个。 报告依据国家产业发展政策和有关部门的行业发展规划以及项目承办 单位的实际情况，按照项目的建设要求，对项目的实施在技术、经济、社 会和环境保护、安全生产等领域的科学性、合理性和可行性进行研究论证；本报告通过对项目进行技术化和经济化比较和分析，阐述投资项目的市场 必要性、技术可行性与经济合理性。 ...... 主要内容：项目概况、背景和必要性研究、市场调研、项目建设规模、项目选址、项目建设设计方案、项目工艺技术、环境保护、企业卫生、风

险性分析、节能方案分析、实施进度、项目投资情况、经济效益可行性、项目总结、建议等。

第一章项目概况 一、项目概况 （一）项目名称 工业机器人项目 （二）项目选址 某经开区 （三）项目用地规模 项目总用地面积29394.69平方米（折合约44.07亩）。 （四）项目用地控制指标 该工程规划建筑系数54.71%，建筑容积率1.69，建设区域绿化覆盖率6.65%，固定资产投资强度177.38万元/亩。 （五）土建工程指标 项目净用地面积29394.69平方米，建筑物基底占地面积16081.83平方米，总建筑面积49677.03平方米，其中：规划建设主体工程38266.32平方米，项目规划绿化面积3305.56平方米。 （六）设备选型方案 项目计划购置设备共计66台（套），设备购置费2967.29万元。 （七）节能分析 1、项目年用电量551661.48千瓦时，折合67.80吨标准煤。

工业机器人设计说明书

目录 1. 设计背景 (2) 2. 设计思路 (3) 3. 设计方案 (7) 4. 循环动作 (8) 5. 设计心得体会 (9) 6. 参考文献 (10) 1. 设计背景 随着社会的进步和科技的发展, 机器人产品开始进入到生产过程和日常生活中, 各种类型的机器人在特定的工作环境下发挥着越来越重要的作用。但是目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构, 在适应复杂地形时无法满足路况的要求, 由此设计一种灵活的、行走平稳和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。 （1）为了对工业生产进一步了解，了解机器人工作原理 （2）由于组装复杂要求实践性更强，这样提高学生动手能力在传统实验里，主要是课程中的具体原理或理论的验证性实验，如机械原理中齿轮范成实验，主要是为了验证齿轮的加工原理；再如机械设计中的带传动实验主要是为了验证带传动中的两个重要的现象——弹性滑动和打滑。这些传统型实验对学生更好的理解课本的理论知识有很大的帮助，具有课本结合性强的特点。

（3）安装过程中应用知识面更广，培养综合素质实验的内容涉及面极广，不仅包括传统机械相关的实验内容，而且还涉及到了电动机、自动控制、软件编程（慧鱼公司自带的编辑软件）等多学科的知识，最重要是它能够把这些很好地知识结合起来，并体现到某个模型中。 （4）组建灵活性大，可以自行设计装配创新性高，增加学生研究性思维而在慧鱼实验中，学生不仅可以对教具所提供的样本模型进行验证式实验（通过这些模型实验可以使学生掌握机械、电子和自动化等的相关知识），而且可以把这些不同模型的特点结合起来，进行自主设计，设计出新的作品来，因此慧鱼实验具有较高的创新性。 2. 设计思路 该机器人的工作空间形式主要有四个自由度的运动和机械手的 夹松运动。 1.机械手的夹紧运动（如下图所示） 机械手结构简图

工业机器人设计

工业机器人总体设计方法 摘要：本文介绍了工业机器人的总体设计思想及其研制，开发的顺序，并通过五自由度码垛机器人的设计实例，分别讨论了机器人动作机能，机械结构，控制方式，操作方法及计算机控制系统方案的决定方法。 关键词：工业机器人；设计 AN OVERALL DESIGN METHOD OF INDUSTRIAL ROBOTS Abstract:The overall design consideration of industrial and the steps of development of them are described in this paper. The action capability, mechanical structure, control, operation and computer control system of robots are also discussed through the design of the Five-DOF palletizing robot. Key words:industrial roborts；design 1、工业及机器人的总体设计思想及其开发顺序 工业机器人是典型的机电一体化产品，需采用系统的观点，立足全局，合理分配机械、电子、硬件、软件各部分所承担的任务和功能，对提高系统的整体性能、结构简化、成本降低起着举足轻重的作用，可以实现功能互补。因此，研制开发工业机器人是一项难度较大的工作，需要有有充分的技术准备与一定的物质条件。一个完整的工业机器人可以分为三部分：传感部分、控制部分和机械部分。其中传感部分包括感知系统和机器人与环境交互系统，控制部分由人机交互系统和控制系统构成，机械部分则包括机械驱动系统和具体机械结构系统。一般机器人的总体设计及其开发顺序如下： 1.1明确研制开发工业机器人的目的 根据研制开发工业机器人的不同目的，其总体设计是有很大差别的。一般来