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4-DOF SCARA机器人结构设计与运动模拟论文.doc

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4-DOF SCARA机器人结构设计与运动模拟论文.doc

1目录第一章绪论11.1引言11.2国内外机器人领域研究现状及发展趋势113SCARA机器人简介214平面关节型装配机器人关键技术4141操作机的机构设计与传动技术4142机器人计算机控制技术4143检测传感技术515项目的主要研究内容6151项目研究的主要内容、技术方案及其意义6152拟解决的关键问题7第二章SCAAR机器人的机械结构设计721SCARA机器人的总体设计7211SCARA机器人的技术参数7212SCARA机器人外形尺寸与工作空间7213SCARA机器人的总体传动方案822机器人关键零部件设计计算10221减速机的设计计算10222电机的设计计算11223同步齿型带的设计计算11224滚珠丝杠副的设计计算1323大臂和小臂机械结构设计1424腕部机械结构设计1625小结17第三章SCARA机器人的位姿误差建模1731基于机构精度通用算法的机器人位姿误差建模1732机构精度通用算法18322通用机器人位姿误差模型203221机构通用精度模型与机器人位姿误差模型的联系20322机器人位姿误差模型的建立2033小结25总结26参考文献27致谢282摘要工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很高,应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。本文设计了一个工业用SCARA机器人。SCARA机器人全称SELECTIVELYCOMPLIANCEARTICULATEDROBOTARM很类似人的手臂的运动,它包含肩关节肘关节和腕关节来实现水平和垂直运动。它是一种工业机器人,具有四个自由度。其中,三个旋转自由度,另外一个是移动自由度。它能实现平面运动,具有柔顺性,全臂在垂直方向的刚度大,在水平方向的柔性大,广泛用于装配作业中。本文用模块化设计方法设计了SCARA机器人的机械结构。分析了SCARA机器人的运动学正解和逆解,建立了机器人末端位姿误差计算模型并做了运动模拟。关键字SCARA位姿误差34DOFSCARAROBOTDESIGNANDMOTIONSIMULATIONABSTRACTINDUSTRIALROBOTISTHEMOSTTYPICALMECHATRONICDIGITALEQUIPMENT,ADDEDVALUEANDHIGH,WIDERANGEOFAPPLICATIONS,SUPPORTFORADVANCEDMANUFACTURINGTECHNOLOGYANDINFORMATIONSOCIETY,NEWINDUSTRIES,ANDSOCIALDEVELOPMENTOFFUTUREPRODUCTIONWILLINCREASINGLYPLAYATHEMOREIMPORTANTROLETHISPAPERDESIGNSANINDUSTRIALSCARAROBOTSCARAROBOTFULLNAMESELECTIVELYCOMPLIANCEARTICULATEDROBOTARMISVERYSIMILARTOHUMANARMMOVEMENT,WHICHINCLUDESTHESHOULDERELBOWANDWRISTJOINTSTOACHIEVEHORIZONTALANDVERTICALMOVEMENTITISANINDUSTRIALROBOTHASFOURDEGREESOFFREEDOMAMONGTHEM,THETHREEROTATIONALDEGREESOFFREEDOM,THEOTHERISTHEDOFITCANACHIEVEPLANARMOTION,WITHTHEFLEXIBILITY,THEWHOLEARMINTHEVERTICALSTIFFNESS,FLEXIBILITYINTHEHORIZONTALDIRECTIONOFTHELARGE,WIDELYUSEDINASSEMBLYOPERATIONSTHISMETHODWASDESIGNEDWITHAMODULARDESIGNTHEMECHANICALSTRUCTUREOFSCARAROBOTANALYSISOFTHESCARAROBOTINVERSEKINEMATICS,ANDTOESTABLISHTHEPOSITIONANDORIENTATIONOFROBOTENDOFTHEMODELERRORKEYWORDSSCARAANALYSIS第一章绪论1.1引言机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合,是当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。4工业机器人既具有操作机机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置,是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的自动化生产设备。目前机器人应用领域主要还是集中在汽车工业,它占现有机器人总数的289。其次是电器制造业,约占164,而化工业则占117。此外,工业机器人在食品、制药、器械、航空航天及金属加工等方面也有较多应用。随着工业机器人的发展,其应用领域开始从制造业扩展到非制造业,同时在原制造业中也在不断的深入渗透,向大、异、薄、软、窄、厚等难加工领域深化、扩展。而新开辟的应用领域有木材家具、农林牧渔、建筑、桥梁、医药卫生、办公家用、教育科研及一些极限领域等非制造业。一般来说,机器人系统可按功能分为下面四个部分川L机械本体和执行机构包括机身、传动机构、操作机构、框架、机械连接等内在的支持结构。2动力部分包括电源、电动机等执行元件及其驱动电路。3检测传感装置包括传感器及其相应的信号检测电路。4控制及信息处理装置由硬件、软件构成的机器人控制系统。1.2国内外机器人领域研究现状及发展趋势1工业机器人性能不断提高高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修,而单机价格不断下降,平均单机价格从91年的103万美元降至2005年的5万美元。〔2机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外己有模块化装配机器人产品问市。3工业机器人控制系统向基于CP机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构;大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。4机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器,而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中己有成熟应用。

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