机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有不断重复工作、不知疲劳、不怕危险以及力量比人手大等特点。因此它可以应用于很多领域。例如机床加工工件的装卸（特别是在自动化车床，组合机床使用较为普遍）、组装零部件。在机械手的机械结构和控制系统做好之后，它可按事先制定的作业程序来完成规定的操作。机械手将朝着智能化方向发展。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，如机械手在化工、电子、航空技术等领域的应用。

1。5本次机械臂的设计内容

本次设计为机械臂系统部分设计。在规定的学时里要求我个人完成以下工作：

（1）调查收集相关的资料和信息，了解工业机械臂的技术和发展状况，查找相关中外期刊文献，撰写开题报告；

（2）拟定整体方案，主要是机电控制方面的设计方案；

（3）根据给定的自由度数选择合适的电机；

（4）学习单片机的控制方法，完成对机械臂的控制，编写源程序代码；

（5）Visual C++作为编译开发环境，使用MFC进行上位机软件开发。

通过设计，使我尽可能熟练地应用本行业的有关参考资料、手册、和规范；熟悉有关国家标准和部分标准，以完成一个工程技术人员在机电一体化设计方面所必须具备的基本技能训练。

第二章 刚体位姿描述和齐次变换

    机器人建模和分析的数学基础就是坐标系。在六自由度机械手中，我们可以借助坐标系来描述各个关节之间的关系。因此，我们在研究六自由度机械手时，就必须建立多个坐标系，如固定坐标系（以地面为参考）、腰部坐标系、大臂坐标系、小臂坐标系、腕部坐标系以及手爪坐标系。为了分析方便，我们必须掌握各坐标系之间的关系。

2。1 位置表示

如图2-1所示，建立了一个空间笛卡尔坐标系，其中有一任意点p。则该空间内某点的位置可以被某个3×1位置矢量来表示。对于坐标系{A}，该空间内任意点p的位置可用列矢量 表示，其中，px，py，pz是点p在直角坐标系{A}中的三个坐标矢量。则称 为位置矢量。

图2-1  位置表示

2。2 方位表示来自优I尔Q论T文D网WWw.YoueRw.com 加QQ7520~18766

通过固接在某个物体的坐标系可以被用来间接描述某个物体的方位。这是研究机械臂的运动过程中必不可少的一步。通过设置一个直角坐标系{B}与此刚体固接作为基础。则物体B相对于参考坐标系{A}的方位就能通过三个单位主矢量xB,yB,zB从属于{B}中以参考坐标系{A}为相对关系组成的方向余弦矩阵（见式2-1）

来表示。 称为旋转矩阵。式(2-1)中，上标A，B分别表示对应的坐标系。 共有9个元素，但其中有且只有三个是相对独立的。这三个列矢量 ， ， 都是单位矢量，并且两两之间有着相互垂直的关系。对应于轴 x,y,z 作转角为θ的旋转变换，将转角θ代入式（2-1）得到的旋转矩阵依次为

其中  表示 ， 表示 。

2。3 位姿描述

将物体B与建立的固接坐标系{B}相互联系是完全描述这个物体的位姿的前提。坐标系{B}的坐标原点通常选择在物体B的质心上。刚体B的位姿可由位置矢量 和旋转矩阵 来描述。这样，坐标系{B}: