仿真机械手臂设计范文1
关键词：轮胎机械手 ADMAS 工作原理 动态仿真
随着矿山设备的发展，矿用车辆轮胎机械手也不断更新发展，逐渐向大型化，自动化方向发展，这给轮胎机械手的设计带来了诸多的挑战和难题。设计一种能够代替人力，操作简单，安全实用，适用于大型轮胎拆装、搬运需求的设备成为当务之急。这有利于提高生产效率，降低劳动强度，保证作用安全。研究表明85%的轮胎机械手的破坏发生在连杆机构，这种破坏主要是连杆机构在动态载荷下发生的疲劳失效或者应力屈服破坏。为了解决轮胎机械手连杆机构的破坏难题，本文将对该连杆机构进行动态应力仿真，考场连杆机构在动态载荷的作用下连杆所发生的变化，并提出连杆机构的优化设计方案。
1、轮胎机械手发展状况
国外的轮胎机械手的发展已经十分成熟。第一台轮胎机械手由美国佩蒂伯恩公司生产的Super 20型轮胎夹装机，该机械手具备更换运输卡车和重型设备轮胎的作用，还可以当做叉车使用；该设备显著的特点是高效，大量减少劳动量。改型轮胎机械手主要由以下几个部分组成：前伸式夹持装置，四轮驱动装置，四轮空气制动装置和一台GM型柴油机组成。该装置的最大夹持承载能力在伸出时为4309kg，缩回时为6804kg，夹持装置能够向两侧转动45°，叉架能够左右移动127mm，以准确完成轮胎的定位。此装置能够平稳的夹起轮胎，并将轮胎准确的定位在轮毂螺栓上。
同国外相比，国内轮胎机械手发展起步比较晚，还处于生产小型轮胎拆装机阶段，对于大型轮胎拆装设备的研发还很少。广西柳工集团生产的ZL40B型装载机，使用规格为20.5-25的轮胎，充气后质量为0.4t，最大直径为1.55m。该型装载机的工作机构可以完成动臂的提升和铲斗的旋转动作。拆下铲斗，在动臂斗销的位置上安装水平放置的两只夹持臂。两只夹持臂由液压缸提供动力，可以实现张开和闭合动作。这样，装载机自身动臂的提升、铲斗的旋转外加夹持臂的开合动作就可以满足轮胎拆装的需求，具有操作方便、结构简单、安全可靠等优点。
2、ADMAS软件的介绍
ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。
3、轮胎机械手结构组成
轮胎机械手的主要功能是实现矿山大型车辆轮胎的拆装和搬运。动力源为液压缸，并要求液压动力在适当的荷载下运作，才能使液压工作件高效、平稳、准确的完成液压元件的各项操作动作；而且液压动力源的各项操作可以通过电液伺服控制技术使提高该系统的自动化控制水平。轮胎机械手可以安装在装载机或叉车上，利用装载机和叉车可以将物体举高的现有动作实现垂直地面方向的移动，轮胎机械手自身可以完成对轮胎的夹持、水平移动和两个方向的翻转动作以满足大型轮胎的拆装和搬运过程中所需的各种动作。轮胎机械手执行机构大致由手盘、手臂、转动架、平动架和固定板组成。
4、轮胎机械手工作原理
轮胎机械手的执行是通过手臂上的两支液压缸的伸缩，产生一定的夹紧力同时对两支手臂同步完成手臂的张开和闭合动作，其中最大的夹紧重量为5900kg，夹持距离为1092mm~4060mm；另外手臂上的手盘能够在360°的范围内带动负载以额定转速旋转，旋转力矩和要求转速由安装在手臂的液压马达经过减速器产生，要求旋转过程不能发生打滑现象；同样转动架以2r/min的转速旋转360°，且旋转所需的力矩是由安装在平动架上的液压马达提供；而平动架在水平左右移动所需的动力又安装在平动架和固定板之间的平动液压缸提供，并且可以在300mm的范围里移动；最后，整个装置由固定板安装在装载机或叉车上。
5、动态应力仿真
由研究表明，85%的轮胎机械手主要在连杆机构处发生破坏，而破坏的原因主要是因为动载荷受力不均匀，导致连杆机构疲劳失效和破坏。针对连杆机构的在动载荷下的破坏，探究杆件在受到动载荷时杆件的应力情况。动态应力仿真的步骤是：首先建立轮胎机械手的虚拟样机模型；然后导入到动态分析软件ADAMS中，对样机模型进行约束、驱动使模型模拟整个机械手的运动；最后在ADAMS中记录模型在受到动载荷下，模型的运动状况以及杆件所产生的动态应力。
通过动态软件ADAMS仿真可以直观的轮胎机械手的动作过程，通过修改参数可以看出该机械手的连杆机构在不同载荷下所受到的动应力，根据该动应力的情况设计合理的连杆机构，同时对改进轮胎机械手提供了依据。同时仿真模型和运动过程参数可以为整个机构的优化提供理论依据，继而为快速、准确方便的设计和制造物理样机奠定基础。
同国外相比，国内轮胎机械手发展起步比较晚，还处于生产小型轮胎拆装机阶段，对于大型轮胎机械手的研发还很少。主要原因是国内轮胎机械手的设计中，很少考虑连杆机构在动态载荷下的应力变化情况，在对轮胎机械手的改进和研究过程中我们要充分考虑动态载荷情况，根据动态载荷运用动态仿真软件来模拟其实际情况，这样能节约成本，缩短开发周期。
参考文献：
[1]冯亮,孔德文,孙建军.轮胎机械手动态应力仿真研究[J].煤矿机械, 2011 ,07 .
仿真机械手臂设计范文2
机械臂系统是用于教学的新型设备。该设备是北航自动控制系在“211”教学试验建设项目和北京市高效教育改革试点项目中，为自动化专业教学试验提供典型的控制系统模型而自制的设备。机械臂系统是基于对桥式吊车系统的改造，添加了一个下摆，并在两个转轴关节上又加入了控制电机，形成了具有三个自由度结构的工业机械手臂系统。本次毕设正是期望完成对机械臂系统的控制设计仿真和联机调试实际系统，对机械臂的控制方案中的一个方向——BP控制的研究。
论文中将介绍机械臂系统的组成结构、工作原理、数学建模、控制方案和控制软件的设计。文中将详尽介绍基于拉各朗日方程的系统数学建模，面向状态空间的控制方案和面向解耦通道的控制方案，在经典PD控制的基础上加入了现代的神经元网络控制，并比较了它们之间的差异和结合以后所取得的改善。
论文中讨论的神经网络BP控制和PD控制在MATLAB里仿真获得了成功，并同时讨论了两种方法，都分别得到了结果。PD控制在实际系统上进行了调试。
关键词： 机械臂，神经网络，BP控制
目录
第一章 绪论
一 论文的背景与来源 (4)
二 毕设论文的组织结构和取得的结果 (5)
第二章 机械臂系统的介绍
一 系统结构和工作原理 (6)
二 机械臂控制方法概述 (9)
第三章 机械臂的数学模型
一 系统的动力学模型 (12)
二 系统控制要达到的目标 (20)
第四章 机械臂系统的仿真
一 控制系统的仿真概述 (21)
二 机械臂的PD控制 (23)
三 机械臂的BP控制 (33)
第五章 机械臂系统的控制实验
一 VC的介绍 (56)
二 控制软件的功能 (57)
三 控制软件的功能及特点 (59)
四 实验结果分析 (60)
结束语
参考书目
：18000多字
有中、英文摘要
400元
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仿真机械手臂设计范文3
关键词：采摘机械手臂；苹果；结构设计
引言
水果采摘季节性强、费用高且劳动量大[1]。加速农业现代化进程，实施“精确”农业，广泛应用农业机器人，提高资源利用率和农业产出率，降低劳动强度，提高经济效率将是现代农业发展的必然趋势。研究采摘机械人，对于降低人工劳动强度和采摘成本、保证水果适时采收，具有重大的意义[2]。我国从上世纪70年代开始研究水果蔬菜类的采摘机械，并且也逐渐起步，如上海交通大学已经开始了对黄瓜采摘机器人的研制[3]，浙江大学对番茄采摘机器人进行了结构分析与设计的优化[4]，中国农业大学对采摘机器人的视觉识别装置进行了研究[5]。目前，我国研究的采摘机器人还有西红柿、橘子、草莓、荔枝和葡萄采摘机器人等[6-8]。文章对苹果采摘机械手臂进行选型，进一步进行详细结构设计，最后对设计结果进行试验验证。
1 机械人机构选型及自由度的确定
由于采摘机械人的作业对象是苹果，质量轻，体积小，故而可选择较为简单、灵活、紧凑的结构形式。
根据机械人手臂的动作形态，按坐标形式大致可将机械人手臂部分分为以下四类[9]：直角坐标型机械手；圆柱坐标型机械手；球坐标（极坐标）型机械手；多关节型机械手。采摘机械臂的结构型式选取主要取决于机械人的活动范围、灵活性、重复定位精度、持重能力和控制难易等要求。以上四种型式，它们的活动范围和灵活度逐渐增大。经过对苹果采摘空间的研究，结果表明，苹果树树冠和底部的苹果分布极少，大多分布在树冠中部，大约有80%以上的苹果分布在距地面垂直高度1-2m、距树干左右方向1-2m的空间范围内，且阴阳两面的苹果分布率并无明显的差异。这就要求采摘机械手应当具有较大的工作空间，因此选用多关节型机械手较为合适，且其占地面积较小，更加适合苹果采摘作业。
实际中，苹果生长位置随机分布，这就要求机械臂的末端执行器能够以准确的位置和姿态移动到指定点，因此，采摘机械人还应具有一定数量的自由度。机械臂的自由度是设计的关键参数，其数目应该与所要完成的任务相匹配。一般来说，自由度数量越多，机械臂的灵活性、避障能力越好，通用性也越广，但增加一个自由度就相当于增加了一级驱动，会使得机器人的成本上升，而对于农业机器人而言，成本高将会大大的减缓其机械商品化实用化进程，同时增加自由度会相应增加机器人的控制难度，降低机器人的可靠性。综合考虑，将自由度数目定为六个，这样不仅能够使得末端执行器具有较为完善的功能，而且到达采摘空间中的任意位置，而且不会出现冗余问题。
2 采摘机械臂工作原理
图1 机械人结构简图
图1是本次设计的球类水果采摘机械人的结构简图。该结构为六自由度机构，可划分为底座、大臂、小臂、腕部和手五个部分。机械臂的底座通过舵机带动传动系统实现各个部分之间的相对转动和旋转。其中的各个转动和旋转均是通过电机驱动螺旋丝杆来实现。该设计机械臂的传动如下：（1）底座旋转。确定与底座平面互相垂直的目标采摘物所在的平面。（2）大臂转动。移动至目标采摘位置附近的上方或下方。（3）小臂转动。将采摘机械手送至目标采摘物的附近。（4）手腕转动及旋转。调整机械手末端采摘机构的姿态，使其处于一个合适的位置，保证采摘任务能够合理完成。（5）手夹紧放松，完成对目标采摘物的采摘任务。此外，将末端执行器设计为关节型的两只手指，通过舵机6（舵机分配情况见图2）、齿轮的啮合及连杆机构实现对目标采摘物的夹紧与放松。
由以上分析得出：机械手的空间位姿由各个关节的空间坐标来决定，即当机械手的各个舵机的坐标确定的时候，就可以确定机械手的空间位姿。而决定舵机坐标的因素就是臂长及臂的转动角度，而在这两个参数中，设计结束后臂长是确定的常量，角度为变量。在模型当中，舵机1、2的相对位置固定不变，控制末端执行器的舵机6用来调整手的姿态，因此可以先忽略舵机1、6，将舵机2轴线中心的位置设为坐标系原点。
图2 舵机分配方框图
3 机械臂结构设计
首先用Pro/E软件中的零件模块对机械人各个零件进行绘制，然后再对零件进行自下而上的装配，以及进行零件图及装配图的绘制。大臂、小臂和腕部、机械手零件图以及装配图分别见图3、图4、图5、图6和图7（单位均为mm）。
4 试验台搭建与抓取效果实验
根据零件图及装配图进行试验台搭建。由于设计尺寸较大，故将整体尺寸缩小4倍来进行搭建。实物如图8所示。通过操作上位机控制软件指令信号，可给伺服舵机控制器发送控制指令信号，从而实现机械人在空间中精确作业。试验结果表明：机械人能够较为平稳、准确地对目标物进行夹取、移动、放置等任务。证明设计合理，试验台搭建正确。
5 结束语
通过对水果采摘作业的分析，设计了一套六自由度关节型采摘机械人。其运动范围覆盖了水果果实的分布范围，末端执行器能够执行对水果的采摘任务。在采摘过程中，只需对舵机进行控制，在一定程度上降低了控制的难度和复杂性。当然，设计中也存在不足，例如缺少对果实的切割装置，而且对葡萄等较小、较软的果实采摘技术不成熟，有待进一步的改善。
参考文献
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仿真机械手臂设计范文4
通过对马鞍形空间曲线的研究，设计了一种适用于主、支管管道插接的卡管式焊接机器人。由马鞍形焊缝的数学模型入手，描述了焊接机器人的组成及运动关系，对焊接机器人的主体机械结构进行了设计，并用运当今主流的CAD、CAE软件技术对机器人的关键机构进行了分析，保证了结构合理性，从而为机器人运动学仿真奠定了基础。然后对所设计的机器人进行运动学仿真，从而得出具有指导实际生产的曲线数据。进一步验证了卡管式插接管焊接机器人结构设计的合理性、实用性。
关键词：
焊接机器人；数学模型；马鞍曲线；静力学分析；运动学仿真
在船舶、石油、电力等众多领域中，经常会遇到马鞍形焊缝的问题，而如今重大型装备生产中多数还是采用人工焊接，不但工作效率低，外观、质量差，而且对人身体伤害大，因此设计一种结构紧凑、焊接方法多样，焊接精度高的通用性焊接机器人来解放工人劳动强度，改善工作环境，是我国经济发展的要求，也是工业现代化时代的召唤。
1马鞍形焊缝的数学模型
马鞍形焊缝就是管与管之间以正交、斜交等方式连接时产生的相贯线，是一条三维的空间曲线。其在水平面上的投影是个圆，随着角度的变化，他在高度方向上的落差h也随之发生改变，这个落差被称为马鞍落差。为便于建模计算，本文针对正斜交马鞍焊缝建立模型，如图1所示。
2焊接机器人的结构设计
根据制造业装备工艺的有关知识，将机械结构大致分为：直角坐标、圆柱坐标、极坐标和多关节四种结构类型[1]，本文有机的将直角坐标型和圆柱坐标型两种结构的优点结合，所设计出的插接管焊接机器人使得该综合型设备具有结构简单、紧凑，方便携带、灵活性好、刚度、精度高等特点，其模型如图2所示。该机构主要由腰部回转机构、水平伸缩机构、竖直升降机构和焊枪腕部旋转机构组成。腰部回转机构采用齿轮回转支撑机构，电机驱动主动齿轮绕回转支撑旋转，旋转框带动横臂、竖直臂、焊枪等其他装备做周向运动。横向伸缩机构主要由齿条、直线滑轨、升降框架等组成。横向伸缩机构采用的是齿轮齿条—直线滑轨机构传动，驱动电机带动小齿轮沿齿条移动，同时配合有直线滑轨实现了伸缩臂的伸缩运动。竖直伸缩机构装配有腕部可调的焊枪机构，通过齿轮齿条以及导轨滑块的合理配合，实现了纵向的升降；同时，灵活的腕部结构设计实现了焊枪位置的精确定位，保证了马鞍焊缝的质量。
3伸缩臂的静力学分析
由于伸缩臂是连接在回转框控制中心与后续几个动作机构的关键部件，其重量要求严格，并承受着其他各执行机构的重力、冲击等载荷作用，其刚度和强度决定着所设计的机器人是否满足实际作业要求，所以，对其进行静力学分析，对其应力、应变所产生的位置加以了解，可以辅助机器人伸缩臂的结构设计，得到合理的设计机构。图3、图4分别为伸缩臂的应变、应力云图。从图3可以看出最大变形位移发在伸缩臂的末端，从图4可以得出，伸缩臂在极限工况下最大应力集中在滑块与导轨的接触处。总体来看，结构设计基本合理，在实际使用中应减少极限工况下使用的次数，延长伸缩臂及整个机器人的使用寿命。
4运动学仿真
在对机器人的结构进行设计、分析后得到各机构部件后，利用SolidWorks三维建模软件对其进行装配得到机构整体模型。为了确保分析时数据的单一性，利用SolidWorks自身所集成的运动学仿真分析插件SolidworksMotion，并通过定义各运动副的运动形式和驱动方式、方向等一系列操作来实现整个机械结构的运动学仿真；另外，为了减少分析计算量，需对整个装配体进行必要的简化，去掉对分析影响较小的零部件，同时设定焊接机器人从马鞍形焊缝最低点起焊并顺时针旋转焊接一周。为便于观察分析，这里标记焊枪末端一点为点A如图5所示。通过仿真分析可提取到各部件的角位移、角速度等必要的时间曲线图，对这些数据曲线图进行导出并加以后处理，可以得到以下结论：焊枪和腕部输出运动相似，速度、位移曲线基本一致；焊枪的运动和升降臂输入轴的运动基本相同，只是从起焊点到达焊接最高点后，有小幅的波动，此时是腕部在调整焊枪的位置姿态，随后两者的运动基本相同；伸缩臂与回转轴的输出曲线除了在开始调整起焊点位置时有所差别，以后基本保持不变。综上，最终得到的焊枪焊接轨迹如图6所示。图6可以得出，焊接机器人的焊接位置轨迹与焊缝的轨迹相同，该焊接机器人的设计满足焊接要求，可以完成焊接任务。
5结论
对吊卡式插接管接管焊接机器人作业对象进行了数学模型的建立，并依据模型对机械结构本体进行了设计，对重要的部件加以静力学分析，以及对对整体机构进行了运动学仿真和位置仿真。通过以上分析，方便了对吊卡式插接管焊接机器人的本体结构及运动学特性等方面的深入了解，从而为马鞍焊设备的生产与运动控制奠定了必要的理论基础。
参考文献：
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仿真机械手臂设计范文5
关键词：反铲装置PROE建模ADMAS仿真
中图分类号：TH13文献标识码：A文章编号：1007-3973（2012）004-070-02
1 反铲装置背景介绍
液压挖掘机是一种重要的工程机械，广泛应用于房屋建筑、筑路工程、水利建设、农林开发、港口建设、国防工事等的土石方施工和矿山采掘工业中，对减轻繁重的体力劳动、保证工程质量、加快建设速度、提高劳动生产率起着十分巨大的作用。
国产液压挖掘机的生产当前仍处于仿制阶段，缺乏自主开发能力。
液压挖掘机的反铲装置是中小型液压挖掘机最主要的工作装置，对其进行设计计算具有很重要的现实意义。
2反铲装置初步设计
2.1 动臂及斗杆结构形式的确定
反铲动臂可分为整体式和组合式两类。整体式动臂有直动臂和弯动臂两种。直动臂构造简单、轻巧、布置紧凑，主要用于悬挂式挖掘机，采用整体式弯动臂有利于得到较大的挖掘深度。整体式动臂结构简单、价廉，刚度相同时结构重量较组合式动臂轻。组合式动臂一般都为弯臂形式。其组合方式有两类，一类用辅助连杆（或液压缸）连接，另一类用螺栓连接。连杆或液压缸铰接方案，其上、下动臂之间夹角可以借助辅助连杆或液压缸调节。
组合式动臂与整体式动臂相比各有优缺点，它们分别适用于不同的作业条件。组合式动臂的主要优点是：
(1)工作尺寸和挖掘力可以根据作业条件的变化进行调整。当采用螺栓或连杆连时调整时间只需十几分钟，采用液压缸连接时可以随时进行无级调节。
(2)较合理地满足各种类型作业装置的参数和结构要求，从而较简单地解决主要构件的统一化问题。因此其替换工作装置较多，替换也方便。一般情况下，下动臂可以适应各种作业装置要求，不需拆换。
(3)装车运输比较方便。
由于上述优点，组合式动臀结构虽比整体式动臂复杂，但得到了较广泛的应用，尤其以中小型通用液压挖掘机作业条件多变时采用组合式动臀较为合适。
斗杆也有整体式和组合式两种，大多数挖掘机都采用整体式斗杆，当需要调节斗杆长度或杠杆比时采用更换斗杆的办法，或者在斗杆上设置2-4个可供调节时选择的与动臂端部铰接的孔。有些反铲采用组合式斗杆把加长杆拆去即成短斗秆。
2.2动臂液压缸和斗杆液压缸的布置
动臂液压缸的连接，一般有两种布置方案。第一种，动臂液压缸装于动臂的前下方。动臂下支承点(即与转台的铰点)可以设在转台回转中心之前，并稍高于转台平面。它也可以设在转台回转中心之后，以改善转台的受力情况，但使用反铲作业装置时动臂支点靠后布置会影响挖掘深度。大部分中小型液压挖掘机以反铲作业为主，因此都采用动臂支点靠前布置的方案。
第二种方案，动臂液压缸装于动臂的上方或后方，有的称之谓“悬挂式液压缸”。这个方案的特点是动臂下降幅度较大，在挖掘时，尤其在挖探较大时动臂液压缸往往处于受压状态，闭锁能力较强。
为了统一缸径和保证液压缸的闭锁能力，双动臂液压缸的方案采用渐多。有些悬挂式动臂液压缸布置时考虑到不破坏动臂箱形截面，且不与斗杆液压缸碰撞，也采用双缸。斗杆液压缸一般只用一个，大型反铲一般只用一个，大型反铲有的动臀和斗杆液压缸均用双缸。
2.3铲斗与铲斗液压缸的连接方式
铲斗与铲斗液压缸的连接有三种型式，其区别主要在于液压缸活塞杆端部与铲斗的连接方式不同。第一种为直接连接，铲斗、斗杆与铲斗液压缸组成四连杆机构。第二种为铲斗液压缸通过摇杆l和连杆2与铲斗相连，它们与斗杆一起组成六连机构。第三种与第二种差不多，但铲斗摆角位置向顺时针方向转动了一个角度。六连杆方式与四连杆方式相比在同样的液压随行程下能得到较大的铲斗转角，改善了机构的传动特性。
3机构模型的建立
4通过ADAMS进行运动分析
通过将PRO/E中已经建好的模型导入ADMAS中，我们可以对机构的运动进行进一步详细的仿真和分析，进而获取更多的信息。
从图2可以看出，机构自由度随预定运动的变化而变化，静止时为0，最多可达到4。
4.2 力学分析
通过设定铲斗尖的阻力，反过来测量工作过程中驱动气缸的作用力。
开始挖掘状态：由图3可知，在阻力均为500N的情况下，气缸的驱动力在100N-200N之间。同样，依此进行分析可知挖掘进行到一半时在500N的阻力下，气缸的驱动力不到300N，在提升过程中500N的阻力下，气缸的驱动力不到120N。
5总结
论文是围绕液压反铲装置的设计和仿真研究展开的，并借助PRO/E、ADMAS等工具设计了该装置的整套方案和完整的虚拟样机模型。本文的主要总结如下：(1)通过各个部件的综合分析和方案的优选，运用软件知识对方案进行了具体设计与优化；(2)利用三维造型软件PRO/E，针对压缩装置的特点和其运动关系，建造出完整的运动模型，获得了运动学仿真结果；(3)为了减少工作量和误差，直接将PRO/E 中的模型图导入ADMAS 中，为以后的数据分析提供了一种新方法。
参考文献：
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仿真机械手臂设计范文6
在结构设计方面，采用无纸化的作业方式，利用三维实体软件Pro/E进行结构设计，利用ADAMS软件进行运动学分析和仿真，并对机器人结构及运动特性进行优化。在外观设计方面，利用Rhinoceros三维设计软件对设计进行三维表现，并结合Flash技术对设计进行动态效果展示。在这个过程中装配图和零件图相互关联，由粗略到反复细化、符合装配图和相关零件图一致性的要求，大大优化了设计过程。
结构设计
机械臂的创新设计是本次研究的重点。设计方案应能满足5个自由度的要求，同时结构尽量简单、成本低、重量轻。因此，在机械臂的设计中创新性地采用了锥齿轮结构，并采用电磁离合制动器来进行相关的控制，该种形式的机械臂具有结构简单、轻盈、易于控制等特点，整个机械臂驱动只需一个电机，关节处需要的动力均从传动链上通过电磁离合制动器获得。整体结构简单、轻盈。
在此基础上，进一步设计了机械臂的整体结构。关键部分为电磁离合制动装置和锥齿轮结构的运用。如图1所示。
与传统机械臂相比，电磁离合制动器的使用，使得锥齿轮的驱动作用在机械臂上产生多样的运动效果，而钢丝传动链保证了动力传动到机械臂的各个运动部位。
当电磁离合制动器处于不同挡位的时候，配合锥齿轮对动力传递方向的改变，能够驱动产生不同的运动效果。如图1中A制动器，两个挡位使臂部关节可以在两个垂直维度上进行运动，从而产生两个自由度；肘部B制动器挡位的改变可以驱动肘部产生一个自由度的运动；腕部锥齿轮和C、D两个制动器的组合，使腕部带动手部产生了2个维度上的运动，分别是手腕的上扬和手部的旋转。由此可见，机械手臂共实现5个自由度，由此便实现了机械臂用单一电机驱动5个自由度的设计。与传统的每个自由度单独设立电机驱动的方法相比整体重量更轻便，结构更简单，并增强了机械臂运动的灵活性。
外观设计
外观设计主要是考虑机器人外观的拟人化和服务方式人性化方面考虑。视图改善机器人及金属材质带给人的冰冷无情的特征。确立了机器人的设计方向后，用以下五种设计原则指导机器人的设计：（1）功能需求原则；（2）人机工学原则；（3）审美规律原则；（4）品牌一致性原则；（5）情感需求原则。最终方案如图2所示。
机器人设计高度为160 cm，与中国成年女性平均身高（159 cm，2011国家统计局公布数字）接近，这样既可以满足一定的高度要求，又不至于因太过高大产生压迫感。考虑到其功能用途和用户的情感接受程度，应当尽量减少机器人给用户带来的陌生感，所以在最后的方案中，外观多用曲面造型，并为机器人赋予了女性的性别特征，这在视觉和情感两方面为用户形成机器人平易近人的使用体验。在颜色上，采用红白搭配，有意模仿迎宾服装；此外造型上，头部两侧的突起是亮点之一，创新自中国古代的“双丫髻”和“卯发”发式，这类发式多用于宫廷侍女当中，与迎宾功能相契合，同时，“发髻”还是两个指示灯，用于夜间指示性照明。
