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1、燕山大学课程研究项目报告自平衡小车机器人系统的设计与制作学院：机械工程学院年级专业：机电20121/2班课程名称：机电一体化系统设汁组号：3学生姓名：武进、熊进、冯少日、张陶然组内分I：张三，车体设计与组装，45%李四，软件设讣与调试，55%指导教师：姚建涛、刘晓飞日期：2015.1()摘要本报告主要介绍打磨机器人的机械臂和机械手的设汁方法、思路、原理以及运动 控制等，并结合智能车结构绘制三维图、模拟仿真以及讣算分析实现打磨、抓取等工 作要求。报告主要分为三大部分：第一部分为进行机械臂方案选取，通过综合考虑选 择最优方案，并绘制三维图；第二部分也是最重要的步骤为工作空间的分析（包括求 运动学正
2、解与反解）、速度分析与轨迹规划：第三部分为设计总结及心得体会。通过设计过程中查阅大量资料，组内组间积极讨论最终形成此最终报告，但能力 有限，对于本报告中的不足与错误希望老师批评指正。关键词：机械臂，方案选取，三维图，工作空间，速度，轨迹规划前言机器人学是一门迅速发展的综合性前沿学科，进入21世纪，人类对空间的利用越 来越迫切，随着航天技术的发展，人类在太空中的活动也越来越多。未来将有大量的 空间生产、空间加工、空间装配和空间设备的维护修理工作要做。但是，由于空间操 作环境的特殊性和不确左性，以及载人航天技术的限制，太空中仍然需要由机器人来 代替人进行一系列的作业。因此,，机器人的研发技术将成为
3、未来宇宙开发过程的关键 技术之一。现普遍将机器人划分为两类：一般机器人和智能机器人。一般机器人是指不具有 智能，只具有一般编程能力和操作功能的机器人。到目前为止，在世界范围内还没有 一个统一的智能机器人定义。大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三个要素： 一是感觉要素，用来认识周围环境状态：二是运动要素，对外界做岀反应性动作：三 是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。本次课程设汁 的打磨机器人小车属于智能机器人的范畴，集中了计算机、机构学、传感技术、电子 技术、人工智能及自动控制等多科。为了实现打磨以及抓取、移动、放苣物体等功能，机械臂与机械手的设讣尤为重 要。本次项
4、目对于我们扩展思路、分析问题、解决问题的能力进行了综合性锻炼，也 将对今后职业生涯产生重要影响。目录刖言I第1章 设计方案的确定 1第2章参数确定82.1机 械 手 臂 的 设il-102.2位移分析112.3机械手爪设计11第3章工 作 空 间 分析123. 1运动学正解133. 2运动学反解15第4章速度分析16第5轨迹规划17第6项目总结18第7心得体18第8参考文献18第1章设计方案与参数确定1.1机械手臂的设计该设计设计方案有如下三种：（1）该机械臂有3个转动关节，此结构比较简单，易制造，但由于它的工作范囤相对 较小，所以不采取这种方案。图 3-1 （a）（2）该机械臂有4个转动关节
5、，手腕的转动用于实现工件的位姿变化更顺 畅。此结构比较简单，易制造，它的工作范用也相对较大，但由于所抓取的工件有一 定的质量，单臂刚度尅能会受到限制，所以不易采取这种方案。图31 b)(3) 该机械诱由四个转动关节组成.其中于部分为内外板，在夹取了螺栓后在重力产生的转动力矩 下.螺栓自动下垂为竖直状态，便于装配。该机械瞬结构较为简做，综合J上述两种方案的优点， 易于实现抓取与装配目标。所以为昴终方案图31 (c) 经过分析比较我们最终选左方案3。1.2位移分析分析确左连杆参数臂四臂二0臂图51机械手初始位姿连杆参数ia“(mm)=忆丄 :l 0 0 0-（0）so3*lP（0）so3 （o）U!S*（ie）so3（O）U!s*（ie）uis Xo）uis* I p- （o）UTS- （o）so（ l B）SO3 （o）so（ I E）uis：o 0 （I K）uis- （I B）soo=o 11 O=tP ：0=P 8=ZPR2=cross(Z2,(R20*P42);R3=cross(Z3,(R30*P43);R4
