学年论文KUKA机械手臂点运动
宁 波 工 程 学 院
学年论文
论 文 题 目： 六自由度机械手臂的定位点实验
学 院 名 称： 电子与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化12-1班
学 生 姓 名： 指 导 教 师： 廖远江
起讫时间： 2014 年 5月 1日 至 2014年 5月 31 日
KUKA六自由度机械手臂的三点定位实验
杨育新
( 宁波工程学院 电子与信息工程学院，浙江 宁波 315016 )
摘 要：随着社会生产生活日新月异的变化,对机械手的要求越来越严格和创新。KUKA的六
自由度机械手臂相比于过去的三自由度、四自由度、五自由度有更大的进步，可以更好的、
更精确地定位，其精确度可以达到在1ms之内划分出1000等份。本次实验通过对KUKA机械
手臂中的smartPAD进行执行与调试，手动控制smartPAD设计实验程序来控制六自由度的机
械手臂，形成三点定位来抓取物品，节约了人力资源，形成一套完整的自动运行系统。
关键词：机械手臂；六自由度；精确度；三点定位；实验程序
KUKA three point six degrees of freedom robotic arm positioning
experiments
YANG YUXIN
( School of Electron and Information Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315016 , China )
Abstract: With the rapid changes in social production and life, the manipulator increasingly
stringent requirements and innovation. KUKA six degrees of freedom robotic arm compared to the
previous three degrees of freedom, four degrees of freedom, greater progress has five degrees of
freedom can be a better, more accurate positioning, its accuracy can be achieved within the
divided 1ms 1000 parts. Through this experiment, the KUKA robotic arm for execution and
debugging smartPAD manual control smartPAD experimental procedure designed to control the
six degrees of freedom robotic arm, forming a three-point positioning to grab items, saving human
resources, form a complete automatic operation of the system.
Key words: Mechanical arm; six degrees of freedom; precision; three positioning; experimental
procedure.
引言
机器人这个词，最早出现在1921年捷克科幻作家卡雷尔²恰佩克的《罗素姆的万能机
械人》（Rossum's Universal Robots）一书中，原文是「Robota」。[1]在当时看来万能的机器就
是机器人。 然而，如果要真正的清楚区分的话，非完全人形机器的产业自动化机械还是应
该以「机械手臂」（robotical arm）或「机械手」（manipulator）来称呼。这些机械手臂或机
械手随着社会的进步和发展，慢慢地进入了人们的生产生活中。，以此来提高工作效率。过
去的自动化企业这一块，因设备的过时和精确度不高,以及机械手臂工作范围的限制等原因，
长期阻碍着企业的发展。以前的机械手臂只具备3轴，那个时期所研发出来的机械手臂多为
3个关节轴，而且直到目前为止依然被产业界广泛应用，尤其对于简单的加工、夹持与搬运，
成为自动化生产制造必备的好伙伴。 然而随着加工方式的多元与复杂化，工作范围进行了
实质性的扩大，机械手臂也开始朝着更多关节轴的技术发展。由最初简单的三轴，而后出现
了四轴、五轴类。在1973年德国库卡机器人集团（KUKA Robot Group）就研发出第一台采
用机电驱动的6轴机械手臂。 从此开始随着驱动与控制技术的不断进步，产业用机械手臂
也从单点加工，发展到多点同时加工、搬运，这对于生产线的自动化，乃至于整厂自动化的影响都非常大。[2]
机械手臂在产业自动化的应用已经相当广泛，因为各个国家第一产业、第二产业、第
三产业分布的不同，以及各产业对于机械手臂的需求量也有差异，所以它的发展和革新也是
有差异的。更概括地说，机械手臂的应用和发展也是体现一个国家的科技技术水平和社会的
进步。人工无法进行或者会耗费较多时间来做的工作，机械手臂在提高精度与耐用性上可以
解决许多不可预知的问题。自从第一台产业用机器人发明以来，机械手臂的应用也从原本的
汽车工业、模具制造、电子制程等相关产业，更拓展到农业、医疗、服务业等等。机械手臂
的技术发展都是为了让人类在工作与生活中更加便利。[2] 现对六自由度的机械手臂进行介
绍。
设备介绍
KR 6 R900 sixx 最大负载能力达 6 kg，最大工作范围作用半径长达约 901 mm。 KR
AGILUS 专为极高的作业速度而设计。轴数是6个，重复精确是
控制系统是KR C4 compact.,安装的位置基本上是在地面、天花板、和墙上。机械手臂是由
轻合金铸造成的六轴机电设备。为了便于控制，每个轴都装配有制动器。为了保护装置，防
止灰尘和湿气对机器造成损伤，所有的电动机组和载流电缆都是装在螺纹旋盖盖板下的。基
础构架是机械手臂的基础，它由机械手臂、控制器、能源供给系统之间的连接电缆组成
如图1所示
1、同轴机械臂手臂
2、手臂
3、连杆臂
4、旋转列
5、电气装置
6、基础构架
该机械手属于垂直多关节型,共有六个自由度, 主要包括转动基座 S 轴、下臂倾动 L
轴、上臂倾动 U 轴、手腕俯仰 B 轴、手腕旋转 T 轴、手抓开合 Z 轴六个转动轴, 每个
转动轴可在±90°的范围内运动, 重复定位精度达±0.5mm, 手臂的终端配置可灵活张合
的机械钳,钳子在电机的驱动下，通过齿轮传动和平行 双曲柄机构自由张合,使机械手可以
模拟人手抓取物件。该机械手在抓取过程中是用气动完成的。
SmartPAD
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KR C4 compact
这三样产品整体组成了KUKA 的KR 6 R900 sixx产品。现利用六自由度的机械手臂对物品
的自动化搬运过程进行编程和执行。
三、实验过程
以下是Kuka机械手臂内部的程序：
1 &ACCESS RVP
2 &REL 5
3 &PARAM EDITMASK=*
4 &PARAM TEMPLATE=C:\KRC\Roboter\Template\vorgabe
5 &PARAM DISKPATH=KRC:\R1\Program
6 DEF t1()
7 INT
8 PTP HOME VEL=100 % DEFAULT
9 PTP P1 CONT VEL=50 % PDAT1 TOOL[1] BASE[0]
10 PTP P2 CONT VEL=50 % PDAT2 TOOL[1] BASE[0]
11 PTP HOME VEL=100 % DEFAULT
12 END
下面对程序做一个简单的介绍：
程序完成了两个点的移动，从已设置的零点开始移动，经过两个点之后回到原点。运动
中经过的两个点和零点都是根据需要、在合适的位置设置的。
程序中的PTP(点到点)命令是三个常用的移动命令之一，三个命令的用法和区别见
表 错误！文档中没有指定样式的文字。-1：
VEL：设置运动的速度。
其余指令为系统自动生成。
下面对设计的程序进行分析： →8 PTP HOME VEL=100 % DEFAULT
该点是对系统按照要求设置的零点位置，经过该点时机械手臂以最快的速度运动速度运行
过。
→9 PTP P1 CONT VEL=50 % PDAT1 TOOL[1] BASE[0]
该点是对系统要求设置的第一点位置，经过该点时机械手臂是以最快的速度运行至目标点，
直接是点对点的方式。
→10 PTP P2 CONT VEL=50 % PDAT2 TOOL[1] BASE[0]
该点是对系统要求设置的第二点位置，经过该点时机械手臂是以最快的速度运行至目标点，
直接是点对点的方式。
→11 PTP HOME VEL=100 % DEFAULT
该点是对系统要求设置的最后的也是原来的零点位置，经过该点时机械手臂是以最快的
速度运行至目标点，直接是点对点的方式。
应用
自从机器手臂技术开始发展，在1980年代机器手臂已成功的应用于汽车制造业等产业，
在机械人技术领域是应用范围最广泛的自动化机械装置，而许多工业危险之组装、喷漆、焊
[4]接、高温铸锻等繁重工作，皆能以机器手臂取代人工操作。目前机械手臂在机械人技术领
域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，除了主要用于工业制造上， 商业农业、医疗
[3]救援、娱乐服务、军事保全甚至在太空探索等领域都可以发现其应用装置。 多轴机械手
臂研发方面，多轴式机械手臂广泛应用于汽车制造商、汽车零组件与电子相关产业。机械手臂可以提升产品技术与质量，而这些初期工作大多可以藉由机械手臂来完成。机械手臂的精准、零误差，对于产品的质量掌握自然拥有其优势，减少品管所花费的时间与人力。 工业应用上，以装配、加工、熔接、切削、加压、货物搬运、检测…等，全球目前产业使用量是以汽车、汽车零组件、化工、橡胶和塑料等最大。
结论
随着社会生产生活日新月异的变化,对机械手的要求越来越严格和创新。KUKA的六自由度机械手臂相比于过去的三自由度、四自由度、五自由度有更大的进步，可以更好的、更精确地定位，本次实验通过对KUKA机械手臂中的smartPAD进行执行与调试，手动控制smartPAD来控制六自由度的机械手臂，形成三点定位来抓取物品，节约了人力资源，形成一套完整的自动运行系统。
参考文献
[3] ^ 和田忠太/作; 刘明成/译. 《机械构造解剖图鉴》. 世茂出版. 1999
年08月25日出版: 186–P187. ISBN 9575298543 （中文（台湾）.
[4] 臧若兰. 双臂移动机器人三维仿真中碰撞检测的研究.上海交通大学工学硕士
学位论文, 2008.5 [5] 陈永耀. 《机器人核心技术-感测与感知.》 2009.06.15
[2011-7-11查阅] （中文（台湾））.
[5] 熊有伦. 机器人技术基础. 华中科技大学出版社，1996：104-105
[6] 陈登瑞 六自由度机械手本体结构关键技术研究[D]哈尔滨工程大学2007
[7] 伍文伟 六自由度开放式机器人控制系统的研究[D]湖南大学2007
附件三：学年论文成绩评定表
学年论文成绩评定表