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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.........................11.3SCARA机器人简介.............................................21.4平面关节型装配机器人关键技术.................................41.4.1操作机的机构设计与传动技术.............................41.4.2机器人计算机控制技术...................................41.4.3检测传感技术...........................................51.5项目的主要研究内容...........................................61.5.1项目研究的主要内容、技术方案及其意义...................61.5.2拟解决的关键问题.......................................7第二章SCAAR机器人的机械结构设计............................72.1SCARA机器人的总体设计......................................72.1.1SCARA机器人的技术参数.................................72.1.2SCARA机器人外形尺寸与工作空间.........................72.1.3SCARA机器人的总体传动方案............................82.2机器人关键零部件设计计算....................................102.2.1减速机的设计计算......................................102.2.2电机的设计计算........................................112.2.3同步齿型带的设计计算..................................112.2.4滚珠丝杠副的设计计算..................................132.3大臂和小臂机械结构设计......................................142.4腕部机械结构设计............................................162.5小结........................................................17第三章SCARA机器人的位姿误差建模.....................173.1基于机构精度通用算法的机器人位姿误差建模....................173.2机构精度通用算法............................................183.2.2通用机器人位姿误差模型................................203.2.2.1机构通用精度模型与机器人位姿误差模型的联系.......203.2.2机器人位姿误差模型的建立..............................203.3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,andsocialdevelopmentoffutureproductionwillincreasinglyplayaThemoreimportantrole.ThispaperdesignsanindustrialSCARArobot.SCARArobotfullnameSelectivelyComplianceArticulatedRobotArmisverysimilartohumanarmmovement,whichincludestheshoulderelbowandwristjointstoachievehorizontalandverticalmovement.Itisanindustrialrobothasfourdegreesoffreedom.Amongthem,thethreerotationaldegreesoffreedom,theotheristheDOF.Itcanachieveplanarmotion,withtheflexibility,thewholearmintheverticalstiffness,flexibilityinthehorizontaldirectionofthelarge,widelyusedinassemblyoperations.ThismethodwasdesignedwithamodulardesignthemechanicalstructureofSCARArobot.AnalysisoftheSCARArobotinversekinematics,andtoestablishthepositionandorientationofrobotendofthemodelerror.KeywordsSCARAanalysis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2.89。其次是电器制造业,约占16.4,而化工业则占11.7。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10.3万美元降至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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