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六自由度机器人结构设计、

运动学分析及仿真

学科：机电一体化

姓名：袁杰

指导老师：鹿毅

答辩日期：2012.6

摘要

近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领

域广泛获

得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定

的差距，因此

研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用

是有现实意义

的。

典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多

是固定在

生产线或加工设备旁边作业的，本论文作者在参考大量文献资料的基

础上，结合项

目的要求，设计了一种小型的、固定在AGV上以实现移动的六自由度

串联机器人。

首先，作者针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比

较，选择

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其中最优的方案进行了结构设计；同时进行了运动学分析，用D-H方

法建立了坐标变换矩阵，推算了运动方程的正、逆解；用矢量积法推

导了速度雅可比矩阵，并计算了包括腕点在内的一些点的位移和速

度；然后借助坐标变换矩阵进行工作空间分析，作出了实际工作空间

的轴剖面。这些工作为移动式机器人的结构设计、动力学分析和运动

控制提供了依据。最后用ADAMS软件进行了机器人手臂的运动学仿

真，并对其结果进行了分析，对在机械设计中使用虚拟样机技术做了

尝试，积累了

经验。

第1章绪论

1.1我国机器人研究现状

机器人是一种能够进行编程，并在自动控制下执行某种操作或移动

作业任务的机械装置。

机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及

人工智能等多种科学的必威体育精装版研究成果，是机电一体化技术的典型代

表，是当代科技发展最活跃的领域。机器人的研究、制造和应用正受

到越来越多的国家的重视。近十几年来，机器人技术发展非常迅速，

各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。

我国是从20世纪80年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。

1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划。1987年，我国的“863”

计划将机器人方面的研究列入其中。目前，我国从事机器人的应用开

发的主要是高校和有关科研院所。最初我国在机器人技术方面的主要

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目的是跟踪国际先进的机器人技术，随后，我国在机器人技术及其应

用方面取得了很大成就。主要研究成果有：哈尔滨工业大学研制的两

足步行机器人，北京自动化研究所1993年研制的喷涂机器人，1995

年完成的高压水切割机器人，国家开放实验和研究单位沈阳自动化研

究所研制的有缆深潜300m机器人，无缆深潜机器人，遥控移动作业

机器人，2000年国防科技大学研制的两足类人机器人，北京航空航

天大学研制的三指灵巧手，华理工大学研制的点焊、弧焊机器人，以

及各种机器人装配系统等。

我国目前拥有机器人4000台左右，主要在工业发达地区应用，而全

世界应用机器人数量为83万台，其中主要集中在美国、日本等工业

发达国家。在机器人研究方面，我国与发达国家还有一定差距。

1.2工业机器人概述：

在工业领域广泛应用着工业机器人。工业机器人一般指在工厂车间

环境中，配合自动化生产的需要，代替人来完成材料或零件的搬运、

加工、装配等操作的一种机器人。工业机器人的定义为：