机器人旋转关节机构简图如何绘制？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-06-20 11:26 标签： 机械手的机构运动简图

PAGE 湖 南 科 技 大 学 毕 业 设 计（ 论 文 ） 题目 履带机器人驱动机构及关节机构设计 作者 刘丁丁 学院 机电工程学院 专业 机械设计制造及其自动化 学号 指导教师 尹何迟 二〇一五年 五月 二十五日 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）任务书 机电工程学院 院 机械制造 系（教研室） 系（教研室）主任: （签名） 2015 年 1 月 15 日 学生姓名: 刘丁丁 学号: 专业: 机械设计制造及其自动化 1 设计（论文）题目及专题： 履带机器人驱动机构及关节机构设计 2 学生设计（论文）时间：自2015 年 3月 1 日开始至 2015 年 5 月 29日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： 履带机器人零件图； 机械制造手册和电机工程手册。 4 设计（论文）应完成的主要内容： 机器人总装图，减速器装配图，行星架零件图，输出轴零件图； 设计说明书。 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： （1）装配图和部分零件图，不少于折合0号图2.5张； （2）设计说明书正文不少于40页。 6 发题时间： 2015 年 3 月 15 日 指导教师： （签名） 学 生： （签名） 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）指导人评语 [主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价] 指导人： （签名） 年 月 日 指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）评阅人评语 [主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价] 评阅人： （签名） 年 月 日 评阅人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）答辩记录 日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料： 1 设计（论文）说明书 共 页 2 设计（论文）图 纸 共 页 3 指导人、评阅人评语 共 页 毕业设计（论文）答辩委员会评语： [主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价] 答辩委员会主任： （签名） 委员： （签名） （签名） （签名） （签名） 答辩成绩： 总评成绩： 摘 要 煤矿灾害尤其是瓦斯煤尘爆炸事故发生后,矿井环境十分复杂,井下因灾受伤人员面临极其危险的状况,需尽快地转移与救护；而救援工作异常困难和危险,往往在救援工作中造成救护人员的伤亡。研发代替或部分代替救护人员及时、快速深入矿井灾区进行环境探测和搜救工作的救灾机器人具有极其重要的意义。 本论文研究工作的目的是设计结构新颖、具有独创性的可携带、抗一定冲击的履带移动机器人，以能够适应在恶劣环境和复杂路况下工作。通过在移动系统上加载不同的模块，能够实现搜救机器人不同的使用功能。 本研究所设计的搜救机器人移动方案是履带式驱动结构。该方案采用模块化设计，便于拆卸维修，可以分段自适应复杂路面，并可主动控制两侧翼板模块的转

第三章 操作臂运动学【（一）3.1-3.10】

1、操作臂运动学：研究操作臂的运动特性，而不考虑使操作臂产生运动时施加的力。本章只研究静止状态下操作臂连杆的位置和姿态。

2、研究重点是把操作臂关节变量作为自变量，描述操作臂末端执行器的位置和姿态，与操作臂基座之间的函数关系。

（二）连杆描述（连杆长度 、连杆转角 ）

1、连杆：操作臂可看成将刚体通过关节连接而成的运动链，将这些刚体称为连杆。

2、两个刚体之间的相对运动时两个平面之间的相对滑动时，连接相邻两个刚体的运动副称为低副，图3-1为6种常用低副关节。

3、大部分操作臂包括转动关节或移动关节。

4、三维空间中的任意两个轴之间的距离均为一个确定值，两个轴之间的距离即为两轴之间公垂线的长度。图3-2中，关节轴 和关节轴 之间公垂线的长度为 ， 即为连杆长度。

5、用来定义两关节轴相对位置的第二参数为连杆转角。假设做一个平面，并使该平面与两关节轴之间的公垂线垂直，然后把关节轴 和关节轴 投影到该平面上，在平面内轴 按右手法则绕 转向轴 ，测量两轴线之间的夹角，用转角 定义连杆 的扭转角。

（三）关于连杆连接的描述

1、连杆链中的中间连杆：（关节角 ，连杆偏距 ）

（1）相邻两个连杆之间有一个公共的关节轴。沿两个相邻连杆公共轴线方向的距离可以用连杆偏距来描述。在关节轴 上的连杆偏距记为 。用关节角描述两相邻连杆绕公共轴线旋转 的夹角，记为 。

（2）图3-4表示相互联结的连杆 和连杆 两端关节轴的公垂线长度，同样， 表示连接杆 两端关节轴的公垂线长度。连杆偏距用于描述公垂线 与关节轴 的交点的有向距离，即连杆偏距 。

2、连杆链中的首位连杆

（2）若关节1为转动关节， 的零位可任意选取， 。

（3）若关节1为转动关节， 的零位可任意选取， 。同样适用于关节 。

（1）机器人每个连杆都可以用四个运动学参数来描述，其中两个参数用于描述连杆本身（连杆长度、连杆转角 ），另两个参数描述连杆之间的连接关系（关节角 ，连杆偏距 ）。

（2）转动关节， 为关节变量，移动关节， 为关节变量。其他三个参数固定不变。

（四）对连杆附加坐标系的规定

固定在连杆 上的固连坐标系称为坐标系{ }

1、连杆链中的中间连杆

2、连杆链中的首位连杆

3、连杆坐标系中对连杆参数的归纳，如图3-5

4、建立连杆坐标系的步骤

（1）找出各关节轴，并标出这些轴线的延长线。下面步骤（2）-（5）仅考虑相邻的轴线

（2）找出关节轴 和 之间的公垂线或关节轴 和 的交点，以关节轴 和 的交点或公垂线，与关节轴 的交点作为连杆坐标系{ }的原点。

（3）规定 轴沿关节轴 的指向。

（4）规定 轴沿公垂线的指向，若关节轴 和 相交，则规定 轴垂直于关节轴 和 所在的平面。

（5）按照右手定则确定 轴。

（6）当第一个关节变量为0时，规定坐标系{0}和{1}重合。

1、连杆变换的推导（重要的公式）

将P在{i}中的坐标转换到{i-1}的坐标中需要四步
将四个步骤的矩阵相乘得到的矩阵

（六）驱动器空间、关节空间、笛卡尔空间

1、对于一个具有n个自由度的操作臂来说，他的所有连杆位置可由一组n个关节变量加以确定，这个 的变量称为关节矢量。所有关节矢量组成的空间称为关节空间。

2、当位置是在空间相互正交的轴上测量，且姿态是按照第2章的任何一种规定测量时（角坐标系表示法共24中，其中12中为固定角坐标系法，12种为欧拉角坐标系法。附录B有24种角坐标系的旋转矩阵定义），我们称这个空间为笛卡尔空间，有时称为任务空间或操作空间。

3、我们已知假设每个运动关节都直接由某种驱动器驱动。但并非如此。有时两个驱动器以差动方式驱动一个关节，有时用直线驱动器通过四连杆机构驱动旋转关节。这就需要考虑驱动器位置。由于测量操作臂位置的传感器常常安装在驱动器上，因此进行某些计算时必须把关节矢量表示成一组驱动器函数，即驱动器矢量。

4、如图3-16，一个操作臂的位姿描述由三种表示方式，驱动器空间描述、关节空间描述、笛卡尔空间描述。实线是正映射关系，虚线是逆映射关系。

（七）举例：两种典型机器人运动学问题

注意：书上说的有点抽象，这里我用的时视频教程中的讲解，更容易理解

（3）建立6自由度的DH表格

建立6自由度的DH表格

（4）列出6个旋转矩阵

（1）一个五自由度转动关节机器人。与PUMA560不同，Motoman不是一个简单的开环运动链，而是将两个线性驱动器通过四杆机构，将连杆2和3耦合连接。通过链传动，关节4和关节5由两个不同位置上的驱动器驱动。

（八）坐标系的标准命名

（1）基坐标系{B} （2）工作台坐标系{S}（3）腕部坐标系{W}

（4）工具坐标系{T}（5）目标坐标系{G}

1、计算所夹持工具相对于规范坐标系的位姿，也就是计算工具坐标系{T}相对于工作台坐标系{S}的变换矩阵。

2、（3-18）时广义运动学方程。根据连杆的几何形状，由基座端的广义变换矩阵（ ）和另一端的执行器坐标变换矩阵（ ）可以计算运动学方程。这些附加变换可以包括工具的偏距和转角，且适用于任意固定坐标系。

图3-3所示为一个机器人连杆的示意图。如果把该连杆安装到机器人上时，支承“A”是低序号关节，求该连杆的长度和转角。假设支承孔居中。

一个机器人由连杆1和连杆2两个连杆相互连接组成，如图3-3所示。关节2由连杆1的支承“B”和连杆2的支承“A”组成，支承“A”和支承“B”的装配面为平面，两者的装配面直接接触。求连杆偏距 。

连杆偏距 是关节2上的偏距，有定义可知（3+2）/2=2.5in

图3-6(a)所示为一个平面三杆操作臂。因为三个关节均为转动关节，因此又是称该操作臂为RRR机构。图3-6(b)为该操作臂的简图。注意在三个关节轴上均标有双斜线，表示这些关节轴线平行。再次机构上建立连杆坐标系并写出D-H参数

图3-9(a)所示为一个三自由度机器人，其中包括一个移动关节。该操作臂称为“RPR型机构”。是一种“柱坐标”机器人。俯视时前两个关节可看作是极坐标形式，最后一个关节（关节3）可提供机械手的转动。图3-9(b)为该操作臂的简图。注意表示移动关节的符号，还要注意“点”表示两个相邻关节的交点。实际上关节轴1和关节轴2是相互垂直的。

图3-12(a)所示是一个三连杆、3R型操作臂，其中关节轴1和关节轴2相交，而关节轴2和关节轴3相互平行。图3-12(b)是该操作臂的运动简图。注意，简图上的标注表示前两个轴相互垂直，后两个轴相互平行。

图3-11是图3-9所示机器人对应的连杆参数，试用这些参数计算各个连杆的变换矩阵。

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