小型五自由度串聯(lián)機器人的結構設計及運動學分析.pdf

1、串聯(lián)機器人作為機電一體化大背景下的優(yōu)秀產品，近些年其與機器視覺以及計算機等先進領域緊密結合，使得串聯(lián)機器人的工作能力不斷提升，對于各行各業(yè)不同的工作業(yè)務需求，串聯(lián)機器人及其衍生機器人都可以完美勝任。本文主要工作為開發(fā)一臺以教學為主要用途的小型五自由度串聯(lián)機器人，以幫助本科學生研究學習工業(yè)機器人的工作原理和工作過程。
　　本文將主要探討小型五自由度機器人的結構設計，通過學習各種機器人課程和參考已經發(fā)表論文的已有類似研究，確定機器人的

2、整體結構參數，通過使用三維建模軟件建立三維模型，運用仿真和分析軟件進行相關運動學和動力學的分析和仿真，最后確定最終的方案設計，選購耗材組裝初代機。
　　首先參考市場上同類型產品的構型和技術參數，結合課題要求確定機器人的技術參數和機構構型，根據機器人機構構型選擇并設計合適的傳動系統(tǒng)，結合機器人的技術參數確定機器人的電機和減速器型號，運用三維建模軟件建立機器人的整體三維模型。
　　運用D-H參數法建立了小型五自由度串聯(lián)機器人的連

3、桿坐標系和連桿參數，列出了各個關節(jié)的齊次變換矩陣，對機器人進行了正運動學分析，推導出了機器人末端執(zhí)行器相對于基座標系的位姿矩陣，對機器人進行了逆運動學分析，求出了機器人各個關節(jié)角的表達式，列出了機器人的雅克比矩陣，最后運用Matlab軟件對機器人的運動空間進行了仿真。
　　通過拉格朗日法對小型五自由度串聯(lián)機器人進行動力學分析，推導出來機器人前三個關節(jié)的動力學方程，并通過Matlab軟件求解出了機器人前三個關節(jié)的最大力矩，驗證電機和

4、減速器選型是否符合要求，運用Workbench軟件對機器人模型進行了模態(tài)分析，得到了分析云圖，得到了機器人結構的振動特性，避免機器人結構設計可能產生的共振損害。
　　對機器人極限位置進行靜力學分析，得到機器人在極限位置時的應力和應變云圖，對機器人的關鍵部件進行靜力學分析，得到應力和應變云圖，通過對機器人的應力和應變云圖的分析，確定機器人的強度和剛度是否符合要求。
　　購買材料和零件，依照設計搭建了第一代小型五自由度串聯(lián)機器人