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四自由度教学机器人的研制.pdf

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四自由度教学机器人的研制.pdf

四自由度教学机器人的研制ResearchonAFourDegreesofFreedomTeachingRobot作者姓名越壹壹学位类型堂匝亟±学科、专业扭越剑适丞甚自塾垡研究方向麴主丝堂让量剑造导师及职称王鳇强副塑援2006年5月lO日四自由度教学机器人的研制摘要本文设计了一个教学用SCARA机器人。SCARA机器人全称SelectvelyComplianceArticulatedRobotArm很类似人的手臂的运动,它包含肩关节刖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。本文用模块化发计方法设计了SCARA机器人的机械结构。分析了SCARA机器人的运动学『F解和逆解,建立了机器人末端位姿误差计算模型。设计了组成控制系统的硬件和软件。机器人系统采用基于Pc的开放式运动控制体系架构,运动控制采用基于PCI总线的高性能多轴运动控制卡。在Windows环境下用VisualC开发控制系统软件。本文还研究了机器人轨迹规划技术,讨论了SCARA机器人的关节空间轨迹规划算法和笛卡儿空间的两种直线轨迹插补方法。关键词SCARA运动学分析位姿误差运动控制卡轨迹规划示教ResearchonAFourDegreesofFreedomTeachingRobotAbstractSCARASelectivelyComplianceArticulatedRobotArmrobotsworkinasimilarwayashumansarms.TheSCARArobot,incorporatingashoulderjoint,anelbowjoint,andawristjoint,iscapableofoperatingverticallyandhorizontally.TheSCARArobotisakindof4DOFindustrialrobots、3rotaryDOFsand1linearDOF.It,featuringcompliance,goodverticalrigidity,andhorizontalflexibility,iswidelyusedinassembly,Modulardesignmethodologywasutilizedtodesignthemechanism.ModelofLocationErrorComputationfortheSCARArobotwasdeduced,basedontheanalysisofforwardkinematicsandreversekinematicsofSCARArobotaswellasthegenericalgorithmofmechanismprecision.Openarchitectureformotioncontrol,basedonPC,wasemployedtoconstructthehardwareandsoftwareofthecontrolsystem,inwhichaPCIbushighperformancemultiaxismotioncontrolcardservedasthecoreofmotioncontr01.ThesoftwaresystemwasdevelopedontheplatformofVisualCinWindows.Trajectoryplanningofrobotwasalsoresearched.Inthispaper,pathplanningalgorithminthejointspaceandtwokindsoflinearinterpolationalgorithmsintheCartesianspacewereintroduced.KeywordsSCARA,kinematicsanalysis,locationerror,motioncontrolcard,trajectoryplanning,teaching插图清单图1一ISCARA机器人..............,................................2图21SCARA机器人外形尺寸图.............,..............,........9图22SCARA机器人工作空间....................................9图23SCARA机器人的3D轴侧图,....。。。.。...。.。..。,。......。.,10图24SCARA机器人传动示意图........................10圈25大臂装配结构示意图.,........,...........,....................15图26腕部装配结构示意图...........................................16图3一lSCARA坐标系.................................................18剀41机器人控制系统组成..,.......................................31剧42集中控制方式框幽..............................31幽43主从控制方式框图.....................................,....31图44分散控制方式.....................................31图45基丁Pc的运动控制架构............。。..,.。。.....。.....。........3l幽46J1线号说明............................................33幽47j3线号说明,.....,.....,.....,............................35图48数字输入的连接......................................37幽49数字输出的连接........................,................37图410系统电气接线图...........,.......................,..........38图411定速驱动.......................................................40幽412直线加减速驱动...........,.................,..........40图413非对称直线加减速驱动加速度减速度.....................4l图415S曲线加减速驱动............................................42幽416电机测试实验.........................,........,................43幽417电机测试实验................................................43图418控制软荆结构图............................................45图51机器人完成一个作业任务工作原理............................46图52轨迹规划器框图...............,........,.......46图53利刚三次多项式规划出的关竹角运动轨迹.,.......................49幽54利州五次多项式规划山的关¨角运动轨迹........................50图55直线混加抛物线插值....。....,.......,........................51图56机器人PTP运动轨迹规划算法框图......................52图57SCARA机器人的关节位置最优解..................53幽58笛}儿空间的直线轨迹规划方法流程图一...........................55幽59笛}儿空间的直线轨迹规划方法流程剖二........................56

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