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.111引言.112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34-DOFSCARArobotdesignandmotionsimulationAbstract：Industrialrobotisthemosttypicalmechatronicdigitalequipment,addedvalueandhigh,widerangeofapplications,supportforadvancedmanufacturingtechnologyandinformationsociety,newindustries,andsocialdevelopmentoffutureproductionwillincreasinglyplayaThemoreimportantrole.ThispaperdesignsanindustrialSCARArobot.SCARArobot(fullnameSelectivelyComplianceArticulatedRobotArm)isverysimilartohumanarmmovement,whichincludestheshoulderelbowandwristjointstoachievehorizontalandverticalmovement.Itisanindustrialrobothasfourdegreesoffreedom.Amongthem,thethreerotationaldegreesoffreedom,theotheristheDOF.Itcanachieveplanarmotion,withtheflexibility,thewholearmintheverticalstiffness,flexibilityinthehorizontaldirectionofthelarge,widelyusedinassemblyoperations.ThismethodwasdesignedwithamodulardesignthemechanicalstructureofSCARArobot.AnalysisoftheSCARArobotinversekinematics,andtoestablishthepositionandorientationofrobotendofthemodelerror.Keywords:SCARAanalysis第一章绪论11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。12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