毕业答辩-六自由度机械臂的结构设计与仿真分析

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1、答辩人：指导老师：六自由度机械臂的结构设计与仿真分析毕业答辩目录研究背景研究方案研究成果研究总结研究背景研究背景A robot may not injure a human being or,through inaction,allow a human being to come to harm.A robot must obey orders given it by human beings except where such orders would conflict with the First Law.A robot must protect its own existence as

2、long as such protection does not conflict with the First or Second Law.“”机器人不得伤害人类，或看到人类受到伤害而袖手旁观。在不违反第一定律的前提下，机器人必须绝对服从人类给与的任何命令。在不违反第一定律和第二定律的前提下，机器人必须尽力保护自己。Isaac Asimovs“Three Laws of Robotics”阿西莫夫的“机器人三大定律”研究背景研究背景图1：全球工业机器人销量及同比增速 图2：2016年全球工业机器人销量分布 图3：全球工业机器人市场格局图4：2016年全球工业机器人保有量分布研究背景系统构成u

3、 机械结构 机构设计、材料研究u 逻辑算法 数学模型、行动逻辑、轨迹分析与优化u 软件程序 控制程序、轨迹优化程序u 电子硬件 控制系统、驱动系统基本特点u 能仿人操作、可自动调整、可重复编程、且在三维空间能完成各种工作的机电一体化自动化生产设备。u 机械臂是机器人中最广泛存在的执行机构之一。u 特别适于多个品种的、批量变化的柔性生产系统。研究目的 图形的仿真，将仿真结果以图形图表的方式直观的形象的表达出来，得到数据曲线和数据本身部分难以直接取得的信息，从图形上看到机器人在不同控制条件下的不同运动规律。在实际调试机器人设备前对它的运动进行仿真，进而减少实际调试的时间，优化运行轨迹，提升生产效率

4、。研究方案研究方案怎样做的机械臂的系统组成以及自由度的数学模型基本分析驱动系统的选择与结构设计SolidWorks建模模型在Adams中的仿真分析时序分析与SolidWorks动画制作研究方案基本结构数学模型（笛卡尔坐标系）研究方案时序与动作驱动的运动函数六自由度机械臂在测试轨迹中运动的11个不同位置的时刻（0s,3s,6s,9s,14s,17s,20s,23s,26s,31s,34s），其中包含了12个动作，十个运动过程。具体运动过程描述如下03s，M1旋转90，机械臂由初始位置到达夹取动作的方位；36s，M4旋转30，爪部到达水平位置；69s，M5旋转90，爪部变成垂直夹取形态；914s，

5、M2旋转90，爪部向前推送，同时M3旋转90使小臂保持水平；1417s，M6旋转35，爪子合拢夹取物体；1720s，M1反向旋转90，机械臂到达放置动作方位；2023s，M5反向旋转90，爪回复到水平位置；2326s，M6反向旋转35，爪子松开被夹取物体；2631s，M2反向旋转90，爪部向后移动，同时M3反向旋转90使小臂保持水平；3134s，M5反向旋转30，爪部低头，回到初始位置关节1的自由度驱动函数为STEP(time,0,0d,3,-90.0d)+STEP(time,5,0d,8,30.0d)；关节2的自由度驱动函数为STEP(time,9,0d,14,90.0d)+STEP(tim

6、e,26,0d,31,-90.0d)；关节3的自由度驱动函数为STEP(time,9,0d,14,90.0d)+STEP(time,26,0d,31,-90.0d)；关节4的自由度驱动函数为STEP(time,3,0d,6,-30.0d)+STEP(time,31,0d,34,30.0d)；关节5的自由度驱动函数为STEP(time,6,0d,9,90.0d)+STEP(time,20,0d,23,-90.0d)；关节6的自由度驱动函数为STEP(time,14,0d,17,30.0d)+STEP(time,23,0d,26,-30.0d)；研究成果研究成果毕业设计做到了什么研究成果12u 完

7、成图表的输出，对比独立运动时的相对状态，验证了六自由度机械臂的设计基本符合最初设计目的。u 完成了六自由度机械臂指尖的轨迹构建，通过观察空间中的轨迹曲线，可以清晰的看出六自由度机械臂工作状态下的运行规律。u 完成了六自由度机械臂基本的结构设计。u 完成了SolidWorks的三维建模并生成了时序动画。研究成果零件的设计与SolidWorks模型研究成果SolidWorks时序动画研究成果uAdams仿真分析结论 关节3、关节4以及指尖在整个运动中的相对角度变化情况。从这些信息中可以做进一步分析，通过相对角度的变化，从而求出机械臂上任一电机对任一点位置的驱动力做功的大小。图1 完整运动时三点的转

8、角变化，相对关节1（左），相对关节2（右）图2 完整运动时三点的转角变化，相对关节3（左），相对关节4（右）图3 完整运动时三点的转角变化，相对关节5（左），相对关节6（右）研究成果六自由度机械臂完整运动时的指尖轨迹与相关数据研究总结研究总结后续可行的研究方向随想12承接运动轨迹的规律以及角度的分析，继续研究结构上各个支点和连杆的具体受力情况，对机械臂的比例和结构进一步优化。通过对各关节角度的运动状态，探究不同时刻驱动电机的受力反馈，分析控制伺服电机工作的脉冲信号规律，从而实现机械臂在实际应用之前的预调。3通过继续对Adams中的机械臂进行研究和分析，构建出通用的Adams虚拟样机模型，搭建通

9、用的机械臂实验及测试程序。研究总结毕业设计心得体会 知识地探求似是摸黑找路，似是铁杵磨针。在由过程到结果的时间之中，我们来回挣扎、徘徊，只为摸到一丝真理的毛皮；在由寻觅到发现的路途之中，我们默默探索、求真，只为见到一眼黎明的曙光。四年青春，四年求知，有着许多的收获与自豪。随着毕业设计的逐渐完成，我的心中逐渐多了一份自信、一丝底气，多了对未知的渴望，对专业的喜爱，这就是毕业设计中我最大的收获。前路漫漫，毕业设计的完成只是社会工作的起点，而我必将再接再厉，勇往直前。致谢 再次谢谢各位评审老师辛苦过来参加答辩。我要特别感谢邱显焱老师。他悉心的指导以及信任、耐心和支持，是我完成毕业设计的基础。所以，由衷的感谢我的导师邱显焱老师。还要感谢各位授课老师，课堂上传授给我们的知识在这次毕业设计的完成中帮了大忙，解决了很多问题。其次，感谢父母的默默支持和同学们的帮助。最后，感谢学校给了我这样一个平台，让我能够提升与成长。Q&A