【JX15-36】机器人的单自由度结构设计（CAD+SW+论文）
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：20257701
类型：共享资源
大小：21.82MB
格式：RAR
上传时间：2019-06-25
上传人：caiq****857
认证信息
个人认证
蔡**（实名认证）
浙江
IP属地：浙江
400
积分
- 关 键 词：
-
JX15-36
【JX15-36】机器人的单自由度结构设计CAD+SW+论文
- 资源描述：
-
【JX15-36】机器人的单自由度结构设计（CAD+SW+论文）,JX15-36,【JX15-36】机器人的单自由度结构设计CAD+SW+论文
- 内容简介：
-
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，具有三个自由度。其中，两个旋转自由度，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。采用SolidWorks和AutoCAD完成了机器人本体的三维模型和二维图设计。关键字： SCARA；机器人；自由度11AbstractThe industrial robot is a most typical mechatronic digital equipment，high value-added technology，a wide range of applications，support for advanced manufacturing technology and information society，new industries，and social development of future production will play a more and more important role.In this paper，the design of SCARA robot with an industry. The SCARA robot is very similar to human arm movement，which includes the shoulder elbow and wrist joints to achieve horizontal and vertical movement. It is a kind of industrial robots，has three degrees of freedom. Among them，two rotational degrees of freedom，the other is a translational degrees of freedom. It can achieve planar motion，with the flexibility，the whole arm in the vertical stiffness，in a horizontal direction of large flexibility，widely used in assembly operations.In this paper，using modular design method to design the mechanical structure of robot SCARA. Using SolidWorks and AutoCAD to complete the 3D model and 2D drawing design of the robot body.Keywords： SCARA； robot； degree of freedom目录摘要IAbstractII目录III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11.3 SCARA机器人简介21.4项目的主要研究内容41.4.1项目研究的主要内容、技术方案及其意义41.4.2拟解决的关键问题4第二章SCARA机器人的机械结构设计62.1 SCARA机器人的总体设计62.2 SCARA机器人的总体设计72.2.1机器人本体的设计原则72.2.2机器人本体的模块化设计72.2.3三维CAD技术与机器人本体建模82.3 SCARA机器人驱动方案92.3.1机器人的驱动方式92.3.2控制电机的类型、特点92.4 升降关节设计102.5 同步带选型设计与计算122.6 滚珠丝杠选型设计与计算152.7本章小结18第三章 升降关节总体结构分析203.1滚珠丝杠部分203.2线性滑轨部分223.3电感应式接近开关23第四章 SCARA机器人控制系统简述254.1机器人控制系统的特点和要求254.2机器人控制的分类264.3硬件系统设计原则274.4运动控制系统的硬件部分284.4.1步进电机控制方案284.4.2电机驱动器的选型28总结30参考文献31致谢33第一章绪论1.1引言机器人技术是一种高新技术综合了计算机，控制理论，机制，技术，人工智能信息和传感器，多个学科和仿生学的形成。其实质是全面感知，决策，行动和互动四技术，是当代研究十分活跃，广泛应用于。机器人的应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。工业机器人不仅具有机器操作（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，可以完成自动生产设备对三维空间的各种操作。机器人的应用主要集中在汽车行业，占现有机器人2.89%会计。二是家电制造业，约占16.4%，而化学工业占11.7%。此外，在食品，医药工业机器人，家用电器的应用，航空航天、金属加工等。随着工业机器人的迅速发展，其应用领域开始扩大从制造业向非制造业，在原有的制造业的同时也在不断深入，大，薄，软，ISO，窄，厚硬加工领域深化，扩大。和家具的木材，农业，建筑，桥梁的一个新领域的应用，医疗卫生，教育和家庭科学研究，办公室和一些限制领域的非制造业。在一般情况下，机器人系统可以分为以下四个部分：l）机械本体、执行机构：包括机身，动力机制，运行机制，框架，机械连接的内部支撑结构。2）动态部分：包括电源，电机及其驱动电路。3）检测传感装置：包括传感器及相应的信号检测电路。4）控制及信息处理装置：由机器人控制系统的硬件，软件。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，操作和维修方便），和单一的价格不断下降，从2005的103000美元到50000美元的91年平均单位价格。（2）机械结构向模块化，可重构的发展。例如，伺服电机，减速器，检测系统的关节模块中的三个关节模块，集成连接模块；利用工程机器人重组形式；国外有一个模块化的装配机器人产品问市。（3）工业机器人控制系统在基于CP机，开放式控制系统方向发展，易于标准化，网络设备的集成度提高，控制柜变得更加紧凑，采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性，可操作性和可维护性。（4）传感器在机器人成为越来越重要的作用，除了使用的位置，速度，加速度传感器的传统，装配，焊接机器人也用于视觉，触觉传感器，同时使用视觉，听觉的远程控制机器人，融合技术力量，环境建模和决策控制的触觉和其他多传感器；多传感器融合技术已在生产系统中的一个成熟的应用配置。（5）虚拟现实技术在机器人的角色也从仿真，开发预览的过程控制，如在远程工作环境的感觉产生的远程控制机器人操作机器人。（6）的远程控制机器人的现代系统发展的特点是不充分的自主控制系统人机交互的追求，而是致力于操作者和机器人，即远程监控远程操作系统和地方自治制度形成一个完整的，使机器人走出实验室进入实用阶段。最著名的例子是美国旅居者”机器人在火星”是成功应用的发射系统。（7）机器人化机械开始兴起。自1994以来，美国开发的“虚拟轴机床，“这一新装置已成为国际研究的热点，研究探讨其应用领域。1.3 SCARA机器人简介SCARA机器人很类似人的手臂的运动，包括肩，肘关节和腕关节来实现水平和垂直运动，在平面上的定位和方向，是一种固定式工业机器人。它具有三个自由度，其中，两个旋转自由度，自由流动。2个旋转关节，彼此平行的轴线，这种机器人的结构重量轻，响应速度快，比机器人一般的快倍。它能实现平面运动，全臂在垂直方向的刚度，在水平方向上是柔性的，具有灵活性。图1-1SCARA机器人图1-2 SCARA机器人装配线图1-3 SCARA机器人最适合平面SCARA机器人定位，组件被广泛应用在垂直方向。广泛用于需要高效的组件，应用焊接，密封运输和许多其他的应用领域，具有高刚性，高精度，高速度，安装空间小，工作空间大等优点。由于零件少，所以工作更可靠，减少维修。有安装在地面和架空安装两种安装方式，在不同的空间，安装方便。他们可以直接用于焊接机器人的组成，点胶机器人，光学检测机器人，搬运机器人，插件机器人，效率高，占地小，基本免维护。1.4项目的主要研究内容1.4.1项目研究的主要内容、技术方案及其意义本课题是设计一个SCARA教学机器人。作为一个工业机器人scara有许多成熟的产品，但大多由伺服电机驱动，采用RV减速器的传动系统，价格是由这些组件是昂贵的，不适合用于教学目的。而教学机器人的相对运动精度的要求比低精度要求的机器人工业应用，速度和稳定性的要求也不高，它的基本元素，只有机器人，精度可以达到一定的。事实上，由步进电机开环系统具有很高的精度，可以满足教学目的，与闭回路的构成比，伺服电机的成本低得多的半闭环控制系统。谐波传动技术是一种精度高，传动平稳，很成熟。因此，成本较低的教学机器人的自主开发是很有意义的。这种机器人的开发，拟采用步进电机作为动力装置，使用谐波减速器作为传动链的主要部分，辅以同步齿形带和滚珠丝杠等零件组成的机器人的机械本体。项目研究的总体步骤是：选出最优传动方案关键零部件选型机械系统三维建模零部件工程图和总装图。1.4.2拟解决的关键问题(1)抗倾覆力矩问题的解决。SCARA机器人的大臂和小臂重量大，悬伸也大，造成很大的倾覆力矩，影响机器人的性能，通过合理的机械结构设计来加以解决。设计要求：(2)尽最减小机器人臂部运动部分的质最，以减对回转轴的转动惯最，提高机器人的运动速度。(3)机器人手臂设计要力求结构紧凑、重最轻同时也采用一定形式的缓冲措施，以减小由于臂部运动速度高，惯性力引起的定位前的冲击大，造成运动不平稳、定位精度低的缺陷。第二章SCARA机器人的机械结构设计SCARA机器人主要由机器人，控制器和传感器的检测装置是由三部分组成，其中机器人本体，包括机体和机械传动系统。图2.1是一个SCARA机器人结构图。控制器是机器人的大脑，负责人机交互，实现轨迹规划，运动控制和状态监测控制等功能。机械传动系统的运动控制命令的控制器的控制下，驱动机器人的机械本体，每一个关节，升降臂，小臂和末端执行器的运动，来实现规定的动作。传感装置被安装在机体是机器人的神经单元，它可以移动的实时检测，每个关节的旋转量和位置信息，而信息反馈到控制器，控制器的机器人以实现精确控制，安全。图2.1 SCARA机器人的结构简图机器人本体是SCARA机器人的重要组成部分，它是机器人任务的执行机构，对机器人运动的所有功能。直接影响和SCARA机器人的性能功能的机器人机构设计的合理性和可靠性。本章将基于机器人本体的模块化设计思想，控制分析，并对SCARA机器人本体设计，并实现，同时设计了传感器的检测装置。2.1 SCARA机器人的总体设计SCARA机器人的相互平行的两个轴旋转接头，以实现灵活的定位平面。同时，SCARA机器人也应该是一个移动关节，为了在垂直于运动平面的方向和定位的实现。所以我们设计的SCARA机器人具有3个自由度包括2个旋转关节和移动关节1。机器人的身体控制图的基本结构如图2.2所示。SCARA机器人是由机架，底座，升降臂和升降关节，大臂和大臂，小臂和小臂关节和末端和末端执行器接头和由几部分组成的关节驱动装置。升降接头用来驱动升降臂的运动和机器人本体的升降运动的平面垂直的方向上，完成。相互平行，大臂和小臂关节轴，分别用于驱动的大、小臂各关节轴，从而实现末端执行器的平面定位。在工件的一端可以完成或在旋转器接头的平面末端定位。2.2 SCARA机器人的总体设计2.2.1机器人本体的设计原则作为一种SCARA机器人的机电一体化系统。跟随机器人本体的机电一体化系统设计机械系统设计的一般原则。因此，为了保证传动精度和工作稳定性的力学系统，在机器人本体的设计，应做到以下几个方面。1减少或消除传动间隙。如消除变形引起的间隙的预紧方法的使用或穿弹性螺母驱动。2提高刚度。应选择刚性更好的材料，并合理选择手臂截面形状和轮廓尺寸。3提高抗振动。提高静刚度，阻尼，固有频率增加的改进措施可以提高抗振系统。4减少摩擦。使用传输部件的摩擦阻力小，导向轴承零件，如滚珠丝杠，动压导轨支撑等。5缩小体积紧凑。如高强度轻质复合材料的使用。与机器一般的机电一体化系统相比，有其独特的SCARA机器人的机械结构。打开联动SCARA机器人的身体可以简化为连杆通过铰链连接，头部和尾部的无约束和支持，所以结构的刚度不高，受惯性影响的整体动态性能的影响。所以我们选用轻质高强度铝合金在致动器臂和端尺寸制造的主要材料，为了减轻重量，降低惯性，从而提高机器人的车身动态性能。2.2.2机器人本体的模块化设计随着机器人应用领域的不断扩大，机器人产品也向多品种，小批量，低成本等方向发展，这提出了新的要求，对机器人本体的设计和生产。机器人本体的设计应标准化，模块化，从而缩短开发和生产周期，降低生产成本。模块化设计可以有效地提高设计的可重用性，增加系统的可靠性，并根据客户的需要系统的合理配置，以满足市场的不同需求。大臂与身体关节SCARA机器人小臂来实现旋转接头，位于同一平面，和大臂和小臂也有类似的功能，因此，我们将采用模块化的设计思想，大臂，小臂，大臂和小臂接头和相同的模块结构的驱动装置的设计。2.2.3三维CAD技术与机器人本体建模CAD（计算机辅助设计）技术的应用与发展对现代制造业的重要影响。它利用计算机技术作为一种工具，帮助工程设计人员进行产品设计，从而使设计人员从繁琐，费时，效率低，传统的手工绘制的图形的精度低，降低设计人员的劳动强度，大大提高了设计效率，缩短产品的设计周期和制造周期，提高产品整体质量，因此被广泛地应用于机械，电子，汽车，飞机，船舶，建筑等行业，已成为现代工程设计领域的一项关键技术。二维CAD的主要功能是计算机辅助绘图，使用二维CAD绘图技术的工程图纸不能完全表达设计师的设计思想，零件材料，颜色，形状的表达，硬度和其他信息，而不是二维CAD技术的实现。在许多情况下，二维图纸是不完整的，只能表达信息，而不是直接的，它带来了画画的困难。因此，应运而生的三维CAD技术。三三维CAD技术来满足人们的设计思维习惯，它可以直观，零件信息的完整表达，有效地提高产品的设计效率，还可完成装配干涉分析，空间运动分析，质量属性分析，有限元分析，自动生成二维工程图，等处理分析，很快得到推广和应用。三维CAD已成为产品设计的一个重要技术。目前，三维CAD领域有三个主流系统；PTC公司的Pro/Engineer，EDS的UG和达索SolidWorks。SolidWorks是基于特征的三维CAD专业软件，具有功能强大的三维造型设计，自由曲面设计，二维图纸，文档数据的管理生产，计算机辅助制造，仿真和分析。三维建模是机器人机构设计的一个重要组成部分。利用Solidworks三维CAD软件可以快速的机器人本体的SCARA机械零件的设计和装配，建立三维模型。同时，也可以根据需要进行装配干涉，对机器人本体的分析和模拟空间运动，质量属性，动态性能。因此，设计的机械系统，我们使用solidworks2011 SCARA机器人，并利用SolidWorks和AutoCAD二维工程图设计。2.3 SCARA机器人驱动方案2.3.1机器人的驱动方式常用的机器人驱动方式主要有液压驱动气压驱动和电力驱动三种。1液压传动。以液体为工作介质的液压驱动，通过将电能转换为液压能转变为流动的油压电磁阀，使液压驱动机构的运动。液压驱动输出功率大，精度高，速度快，运行稳定，但需要独立的液压源，和液体易泄漏，设备难以小型化，因此不能满足机器人的驱动装置体积小，重量轻，要求。2气压传动。工作原理和液压传动一样，压力由压缩空气驱动作为工作介质，具有工作速度高，成本低，无泄漏污染，但功率小，动作不够稳定，不易小型化，难以实现精确控制。和机器人需要加工精度高，驱动功率较大，所以压力驱动为机器人的驱动方式也有一定的局限性。液压传动和气压传动用于工业机器人Unimate机器人早，最早是由液压驱动的工作模式。3电气传动。它是将电能转化为电磁力，电磁力驱动执行机构运动的。电力驱动，控制精度高，响应速度快，操作简单方便，无污染，这些特征更好地满足机器人的设计要求。因此，电力驱动成为机器人的主要驱动方式，所述控制电机是最常见的执行器。2.3.2控制电机的类型、特点为了减小机器人的体积，降低了驱动装置的重量，同时满足控制精度的要求，我们选择电驱动机器人的驱动方式，并选取控制电机作为驱动装置。控制电机可分为步进电机，直流伺服电机和交流伺服电动机三。他们有不同的特点。1，步进电机。也被称为电脉冲电动机，它是电脉冲信号转换成转子的机械角位移的执行元件，角位移的大小和速度分别与电脉冲数的输入频率成正比。步进电机没有积累误差，长期定位准确，不易失步，具有成本低，结构简单，控制性能好，机电一体化系统，因此它被广泛地应用在开环结构。2，直流伺服电机。整流器的直流伺服电动机的电刷和换向器由磁场产生的，磁动势和电枢磁动势正交，从而产生转矩。它具有较高的响应速度，精度和频率，具有优良的控制特性，但其机械结构复杂，而且由于电刷和换向器的使用寿命短，因此需要经常修理。3，交流伺服电机。交流伺服电机的大小和方向的气隙磁场的检测，而不是换向器和电刷的电力电子变换器，并通过励磁电流、气隙磁场的方向相同，有效电流的垂直方向与气隙磁场来控制主磁通和转矩。它具有稳定可靠的特点，输出转矩恒定，过载能力强，加速和良好的动态性能，而且由于闭环控制的使用，从而达到较高的控制精度和可靠的控制性能可以。交流伺服电动机已广泛应用在工业自动化控制领域。为了满足机器人的运行速度快，高动态性能和良好的设计精度控制，采用日本安川公司II系列交流伺服电机作为驱动装置，并驱动伺服电机与伺服电机配合控制电机运行的选择。2.4 升降关节设计升降和移动机器人用于直线升降运动，机器人本体部分传动连接，从而在垂直方向实现末端执行器的定位装置。常见的线性驱动方式主要有液压驱动，气压驱动，直线电机驱动，旋转电机和丝杠螺母副联合驱动等。滚动丝杠螺母具有小的摩擦力矩传动的特点，传动效率高，结构紧凑，刚性好，传动精度高，使用寿命长等特点，已广泛应用于机电一体化系统，与滚动导轨副精度高，摩擦系数小，润滑方便，使用寿命长。因此，我们使用升降机联合滚动丝杆螺母机构和滚动导轨副设计SCARA机器人。图2.3是一个起重、吊臂的关节三维模型SCARA机器人的设计。一种滚珠丝杠的安装，电动机和两滚动导轨机器人基地，滚珠丝杠轴承两端通过螺母固定在底座上，升降臂和滚动的滚珠丝杠和固定导轨通过螺栓连接导轨副。当电机转动时。当电机转动时，通过同步带带动滚珠丝杠驱动电机的输出轴，驱动滚珠丝杠副作直线运动沿螺杆轴线方向，实现升降臂的升降运动。图2.2 SCARA机器人升降关节三维模型初选丝杠的基本技术参数，如表2-1所示。需要完整图纸及论文，请联系QQ545675353，另接定做毕业设计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，具有三个自由度。其中，两个旋转自由度，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。采用SolidWorks和AutoCAD完成了机器人本体的三维模型和二维图设计。关键字： SCARA；机器人；自由度33AbstractThe industrial robot is a most typical mechatronic digital equipment，high value-added technology，a wide range of applications，support for advanced manufacturing technology and information society，new industries，and social development of future production will play a more and more important role.In this paper，the design of SCARA robot with an industry. The SCARA robot is very similar to human arm movement，which includes the shoulder elbow and wrist joints to achieve horizontal and vertical movement. It is a kind of industrial robots，has three degrees of freedom. Among them，two rotational degrees of freedom，the other is a translational degrees of freedom. It can achieve planar motion，with the flexibility，the whole arm in the vertical stiffness，in a horizontal direction of large flexibility，widely used in assembly operations.In this paper，using modular design method to design the mechanical structure of robot SCARA. Using SolidWorks and AutoCAD to complete the 3D model and 2D drawing design of the robot body.Keywords： SCARA； robot； degree of freedom目录摘要IAbstractII目录III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11.3 SCARA机器人简介21.4项目的主要研究内容41.4.1项目研究的主要内容、技术方案及其意义41.4.2拟解决的关键问题4第二章SCARA机器人的机械结构设计62.1 SCARA机器人的总体设计62.2 SCARA机器人的总体设计72.2.1机器人本体的设计原则72.2.2机器人本体的模块化设计72.2.3三维CAD技术与机器人本体建模82.3 SCARA机器人驱动方案92.3.1机器人的驱动方式92.3.2控制电机的类型、特点92.4 升降关节设计102.5 同步带选型设计与计算122.6 滚珠丝杠选型设计与计算152.7本章小结18第三章 升降关节总体结构分析203.1滚珠丝杠部分203.2线性滑轨部分223.3电感应式接近开关23第四章 SCARA机器人控制系统简述254.1机器人控制系统的特点和要求254.2机器人控制的分类264.3硬件系统设计原则274.4运动控制系统的硬件部分284.4.1步进电机控制方案284.4.2电机驱动器的选型28总结30参考文献31致谢33第一章绪论1.1引言机器人技术是一种高新技术综合了计算机，控制理论，机制，技术，人工智能信息和传感器，多个学科和仿生学的形成。其实质是全面感知，决策，行动和互动四技术，是当代研究十分活跃，广泛应用于。机器人的应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。工业机器人不仅具有机器操作（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，可以完成自动生产设备对三维空间的各种操作。机器人的应用主要集中在汽车行业，占现有机器人2.89%会计。二是家电制造业，约占16.4%，而化学工业占11.7%。此外，在食品，医药工业机器人，家用电器的应用，航空航天、金属加工等。随着工业机器人的迅速发展，其应用领域开始扩大从制造业向非制造业，在原有的制造业的同时也在不断深入，大，薄，软，ISO，窄，厚硬加工领域深化，扩大。和家具的木材，农业，建筑，桥梁的一个新领域的应用，医疗卫生，教育和家庭科学研究，办公室和一些限制领域的非制造业。在一般情况下，机器人系统可以分为以下四个部分：l）机械本体、执行机构：包括机身，动力机制，运行机制，框架，机械连接的内部支撑结构。2）动态部分：包括电源，电机及其驱动电路。3）检测传感装置：包括传感器及相应的信号检测电路。4）控制及信息处理装置：由机器人控制系统的硬件，软件。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，操作和维修方便），和单一的价格不断下降，从2005的103000美元到50000美元的91年平均单位价格。（2）机械结构向模块化，可重构的发展。例如，伺服电机，减速器，检测系统的关节模块中的三个关节模块，集成连接模块；利用工程机器人重组形式；国外有一个模块化的装配机器人产品问市。（3）工业机器人控制系统在基于CP机，开放式控制系统方向发展，易于标准化，网络设备的集成度提高，控制柜变得更加紧凑，采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性，可操作性和可维护性。（4）传感器在机器人成为越来越重要的作用，除了使用的位置，速度，加速度传感器的传统，装配，焊接机器人也用于视觉，触觉传感器，同时使用视觉，听觉的远程控制机器人，融合技术力量，环境建模和决策控制的触觉和其他多传感器；多传感器融合技术已在生产系统中的一个成熟的应用配置。（5）虚拟现实技术在机器人的角色也从仿真，开发预览的过程控制，如在远程工作环境的感觉产生的远程控制机器人操作机器人。（6）的远程控制机器人的现代系统发展的特点是不充分的自主控制系统人机交互的追求，而是致力于操作者和机器人，即远程监控远程操作系统和地方自治制度形成一个完整的，使机器人走出实验室进入实用阶段。最著名的例子是美国旅居者”机器人在火星”是成功应用的发射系统。（7）机器人化机械开始兴起。自1994以来，美国开发的“虚拟轴机床，“这一新装置已成为国际研究的热点，研究探讨其应用领域。1.3 SCARA机器人简介SCARA机器人很类似人的手臂的运动，包括肩，肘关节和腕关节来实现水平和垂直运动，在平面上的定位和方向，是一种固定式工业机器人。它具有三个自由度，其中，两个旋转自由度，自由流动。2个旋转关节，彼此平行的轴线，这种机器人的结构重量轻，响应速度快，比机器人一般的快倍。它能实现平面运动，全臂在垂直方向的刚度，在水平方向上是柔性的，具有灵活性。图1-1SCARA机器人图1-2 SCARA机器人装配线图1-3 SCARA机器人最适合平面SCARA机器人定位，组件被广泛应用在垂直方向。广泛用于需要高效的组件，应用焊接，密封运输和许多其他的应用领域，具有高刚性，高精度，高速度，安装空间小，工作空间大等优点。由于零件少，所以工作更可靠，减少维修。有安装在地面和架空安装两种安装方式，在不同的空间，安装方便。他们可以直接用于焊接机器人的组成，点胶机器人，光学检测机器人，搬运机器人，插件机器人，效率高，占地小，基本免维护。1.4项目的主要研究内容1.4.1项目研究的主要内容、技术方案及其意义本课题是设计一个SCARA教学机器人。作为一个工业机器人scara有许多成熟的产品，但大多由伺服电机驱动，采用RV减速器的传动系统，价格是由这些组件是昂贵的，不适合用于教学目的。而教学机器人的相对运动精度的要求比低精度要求的机器人工业应用，速度和稳定性的要求也不高，它的基本元素，只有机器人，精度可以达到一定的。事实上，由步进电机开环系统具有很高的精度，可以满足教学目的，与闭回路的构成比，伺服电机的成本低得多的半闭环控制系统。谐波传动技术是一种精度高，传动平稳，很成熟。因此，成本较低的教学机器人的自主开发是很有意义的。这种机器人的开发，拟采用步进电机作为动力装置，使用谐波减速器作为传动链的主要部分，辅以同步齿形带和滚珠丝杠等零件组成的机器人的机械本体。项目研究的总体步骤是：选出最优传动方案关键零部件选型机械系统三维建模零部件工程图和总装图。1.4.2拟解决的关键问题(1)抗倾覆力矩问题的解决。SCARA机器人的大臂和小臂重量大，悬伸也大，造成很大的倾覆力矩，影响机器人的性能，通过合理的机械结构设计来加以解决。设计要求：(2)尽最减小机器人臂部运动部分的质最，以减对回转轴的转动惯最，提高机器人的运动速度。(3)机器人手臂设计要力求结构紧凑、重最轻同时也采用一定形式的缓冲措施，以减小由于臂部运动速度高，惯性力引起的定位前的冲击大，造成运动不平稳、定位精度低的缺陷。第二章SCARA机器人的机械结构设计SCARA机器人主要由机器人，控制器和传感器的检测装置是由三部分组成，其中机器人本体，包括机体和机械传动系统。图2.1是一个SCARA机器人结构图。控制器是机器人的大脑，负责人机交互，实现轨迹规划，运动控制和状态监测控制等功能。机械传动系统的运动控制命令的控制器的控制下，驱动机器人的机械本体，每一个关节，升降臂，小臂和末端执行器的运动，来实现规定的动作。传感装置被安装在机体是机器人的神经单元，它可以移动的实时检测，每个关节的旋转量和位置信息，而信息反馈到控制器，控制器的机器人以实现精确控制，安全。图2.1 SCARA机器人的结构简图机器人本体是SCARA机器人的重要组成部分，它是机器人任务的执行机构，对机器人运动的所有功能。直接影响和SCARA机器人的性能功能的机器人机构设计的合理性和可靠性。本章将基于机器人本体的模块化设计思想，控制分析，并对SCARA机器人本体设计，并实现，同时设计了传感器的检测装置。2.1 SCARA机器人的总体设计SCARA机器人的相互平行的两个轴旋转接头，以实现灵活的定位平面。同时，SCARA机器人也应该是一个移动关节，为了在垂直于运动平面的方向和定位的实现。所以我们设计的SCARA机器人具有3个自由度包括2个旋转关节和移动关节1。机器人的身体控制图的基本结构如图2.2所示。SCARA机器人是由机架，底座，升降臂和升降关节，大臂和大臂，小臂和小臂关节和末端和末端执行器接头和由几部分组成的关节驱动装置。升降接头用来驱动升降臂的运动和机器人本体的升降运动的平面垂直的方向上，完成。相互平行，大臂和小臂关节轴，分别用于驱动的大、小臂各关节轴，从而实现末端执行器的平面定位。在工件的一端可以完成或在旋转器接头的平面末端定位。2.2 SCARA机器人的总体设计2.2.1机器人本体的设计原则作为一种SCARA机器人的机电一体化系统。跟随机器人本体的机电一体化系统设计机械系统设计的一般原则。因此，为了保证传动精度和工作稳定性的力学系统，在机器人本体的设计，应做到以下几个方面。1减少或消除传动间隙。如消除变形引起的间隙的预紧方法的使用或穿弹性螺母驱动。2提高刚度。应选择刚性更好的材料，并合理选择手臂截面形状和轮廓尺寸。3提高抗振动。提高静刚度，阻尼，固有频率增加的改进措施可以提高抗振系统。4减少摩擦。使用传输部件的摩擦阻力小，导向轴承零件，如滚珠丝杠，动压导轨支撑等。5缩小体积紧凑。如高强度轻质复合材料的使用。与机器一般的机电一体化系统相比，有其独特的SCARA机器人的机械结构。打开联动SCARA机器人的身体可以简化为连杆通过铰链连接，头部和尾部的无约束和支持，所以结构的刚度不高，受惯性影响的整体动态性能的影响。所以我们选用轻质高强度铝合金在致动器臂和端尺寸制造的主要材料，为了减轻重量，降低惯性，从而提高机器人的车身动态性能。2.2.2机器人本体的模块化设计随着机器人应用领域的不断扩大，机器人产品也向多品种，小批量，低成本等方向发展，这提出了新的要求，对机器人本体的设计和生产。机器人本体的设计应标准化，模块化，从而缩短开发和生产周期，降低生产成本。模块化设计可以有效地提高设计的可重用性，增加系统的可靠性，并根据客户的需要系统的合理配置，以满足市场的不同需求。大臂与身体关节SCARA机器人小臂来实现旋转接头，位于同一平面，和大臂和小臂也有类似的功能，因此，我们将采用模块化的设计思想，大臂，小臂，大臂和小臂接头和相同的模块结构的驱动装置的设计。2.2.3三维CAD技术与机器人本体建模CAD（计算机辅助设计）技术的应用与发展对现代制造业的重要影响。它利用计算机技术作为一种工具，帮助工程设计人员进行产品设计，从而使设计人员从繁琐，费时，效率低，传统的手工绘制的图形的精度低，降低设计人员的劳动强度，大大提高了设计效率，缩短产品的设计周期和制造周期，提高产品整体质量，因此被广泛地应用于机械，电子，汽车，飞机，船舶，建筑等行业，已成为现代工程设计领域的一项关键技术。二维CAD的主要功能是计算机辅助绘图，使用二维CAD绘图技术的工程图纸不能完全表达设计师的设计思想，零件材料，颜色，形状的表达，硬度和其他信息，而不是二维CAD技术的实现。在许多情况下，二维图纸是不完整的，只能表达信息，而不是直接的，它带来了画画的困难。因此，应运而生的三维CAD技术。三三维CAD技术来满足人们的设计思维习惯，它可以直观，零件信息的完整表达，有效地提高产品的设计效率，还可完成装配干涉分析，空间运动分析，质量属性分析，有限元分析，自动生成二维工程图，等处理分析，很快得到推广和应用。三维CAD已成为产品设计的一个重要技术。目前，三维CAD领域有三个主流系统；PTC公司的Pro/Engineer，EDS的UG和达索SolidWorks。SolidWorks是基于特征的三维CAD专业软件，具有功能强大的三维造型设计，自由曲面设计，二维图纸，文档数据的管理生产，计算机辅助制造，仿真和分析。三维建模是机器人机构设计的一个重要组成部分。利用Solidworks三维CAD软件可以快速的机器人本体的SCARA机械零件的设计和装配，建立三维模型。同时，也可以根据需要进行装配干涉，对机器人本体的分析和模拟空间运动，质量属性，动态性能。因此，设计的机械系统，我们使用solidworks2011 SCARA机器人，并利用SolidWorks和AutoCAD二维工程图设计。2.3 SCARA机器人驱动方案2.3.1机器人的驱动方式常用的机器人驱动方式主要有液压驱动气压驱动和电力驱动三种。1液压传动。以液体为工作介质的液压驱动，通过将电能转换为液压能转变为流动的油压电磁阀，使液压驱动机构的运动。液压驱动输出功率大，精度高，速度快，运行稳定，但需要独立的液压源，和液体易泄漏，设备难以小型化，因此不能满足机器人的驱动装置体积小，重量轻，要求。2气压传动。工作原理和液压传动一样，压力由压缩空气驱动作为工作介质，具有工作速度高，成本低，无泄漏污染，但功率小，动作不够稳定，不易小型化，难以实现精确控制。和机器人需要加工精度高，驱动功率较大，所以压力驱动为机器人的驱动方式也有一定的局限性。液压传动和气压传动用于工业机器人Unimate机器人早，最早是由液压驱动的工作模式。3电气传动。它是将电能转化为电磁力，电磁力驱动执行机构运动的。电力驱动，控制精度高，响应速度快，操作简单方便，无污染，这些特征更好地满足机器人的设计要求。因此，电力驱动成为机器人的主要驱动方式，所述控制电机是最常见的执行器。2.3.2控制电机的类型、特点为了减小机器人的体积，降低了驱动装置的重量，同时满足控制精度的要求，我们选择电驱动机器人的驱动方式，并选取控制电机作为驱动装置。控制电机可分为步进电机，直流伺服电机和交流伺服电动机三。他们有不同的特点。1，步进电机。也被称为电脉冲电动机，它是电脉冲信号转换成转子的机械角位移的执行元件，角位移的大小和速度分别与电脉冲数的输入频率成正比。步进电机没有积累误差，长期定位准确，不易失步，具有成本低，结构简单，控制性能好，机电一体化系统，因此它被广泛地应用在开环结构。2，直流伺服电机。整流器的直流伺服电动机的电刷和换向器由磁场产生的，磁动势和电枢磁动势正交，从而产生转矩。它具有较高的响应速度，精度和频率，具有优良的控制特性，但其机械结构复杂，而且由于电刷和换向器的使用寿命短，因此需要经常修理。3，交流伺服电机。交流伺服电机的大小和方向的气隙磁场的检测，而不是换向器和电刷的电力电子变换器，并通过励磁电流、气隙磁场的方向相同，有效电流的垂直方向与气隙磁场来控制主磁通和转矩。它具有稳定可靠的特点，输出转矩恒定，过载能力强，加速和良好的动态性能，而且由于闭环控制的使用，从而达到较高的控制精度和可靠的控制性能可以。交流伺服电动机已广泛应用在工业自动化控制领域。为了满足机器人的运行速度快，高动态性能和良好的设计精度控制，采用日本安川公司II系列交流伺服电机作为驱动装置，并驱动伺服电机与伺服电机配合控制电机运行的选择。2.4 升降关节设计升降和移动机器人用于直线升降运动，机器人本体部分传动连接，从而在垂直方向实现末端执行器的定位装置。常见的线性驱动方式主要有液压驱动，气压驱动，直线电机驱动，旋转电机和丝杠螺母副联合驱动等。滚动丝杠螺母具有小的摩擦力矩传动的特点，传动效率高，结构紧凑，刚性好，传动精度高，使用寿命长等特点，已广泛应用于机电一体化系统，与滚动导轨副精度高，摩擦系数小，润滑方便，使用寿命长。因此，我们使用升降机联合滚动丝杆螺母机构和滚动导轨副设计SCARA机器人。图2.3是一个起重、吊臂的关节三维模型SCARA机器人的设计。一种滚珠丝杠的安装，电动机和两滚动导轨机器人基地，滚珠丝杠轴承两端通过螺母固定在底座上，升降臂和滚动的滚珠丝杠和固定导轨通过螺栓连接导轨副。当电机转动时。当电机转动时，通过同步带带动滚珠丝杠驱动电机的输出轴，驱动滚珠丝杠副作直线运动沿螺杆轴线方向，实现升降臂的升降运动。图2.2 SCARA机器人升降关节三维模型初选丝杠的基本技术参数，如表2-1所示。表2-1 丝杠轴的基本技术参数名称公称直径螺距接触角摩擦系数螺纹类型数值20mm2450.1梯形螺纹则以上参数可得：螺旋升角当量摩擦角螺纹阻力矩上式中，表示摩擦系数，Q表示可承载丝杠轴面的平均直径，因而取螺母内外径的平均值，取为，所以：丝杠所受力矩安全系数2，最小力矩电机输出从以上，对升降驱动电机类型86HS35两相混合式步进电动机的自由程度。2.5 同步带选型设计与计算传输系统的各种类型的比较，采用同步带传动传动带的，一种主要由柔性传动，主动轮和从动轮，网带传递，驾驶平顺，结构相对简单。价格低廉，而且具有网格缓冲振动的特点，有相对滑动，使摩擦传动带传动相比大大提高，此外，也要考虑同步带传动中心距和尺寸稳定性，因为在实际加工和现场装配，中心距的高稳定性的要求，其中心距不可调整，加装张力轮自动张紧装置可以解决这个问题，但在本设计中，结构相对简单，所以不需要使用张紧轮。所以，同步带传动的优点如表2-2所示：表2-2 同步带传动优点项目说明传动比方面对于啮合型带传动，传动较平稳，传动比恒定；由于缓冲吸振的特点，噪声小。经济成本方面价格低廉，维护简单，一般置于铁丝网或保护罩内，成本相对较低。适用条件方面在选择计算中，必须考虑中心距，必要时，可采用预紧方式。因为同步带轮的驱动电机为86HS35型，电机额定动率，额定转速，传动比。（1）带传动设计功率，则载荷修正系数：。所以：=1.30.2=0.26W （2-8）（2）和同步带型和节距的选择计算根据功率和速度，采用同步带选型图2-3，现在选择L带，节距图2-3 同步带选型图 （3）确定小带轮齿数根据同步带型L型和转速，由表2-3可知，小带轮上齿数至少取，这里取。表2-3 小带轮最小齿数表（4）小带轮分度圆直径= （2-9）是一个小带轮的直径可以确定为：= =（2-10）（5）大带轮齿数的确定：= =（2-11）（6）大带轮的直径： （2-12）则大带轮的外径： （2-13）（7）同步带速 V 的确定 （2-14）（8）轴间距的确定：据估计，从结构取=100mm。（9）同步带的长度和齿数的确定： （2-15）因此，可以选择L型同步带，带长200，同步带节长度：，同步带节线上的齿数为：Z=50。（10）两带轮间距a的确定：从已知的同步带节的长度，可以将两带轮间距： （2-16）（11）小皮带轮和皮带啮合齿数 （2-17）（12）带轮的高功率输出，运行稳定= （2-18）得：，即。（13）同步带的宽度的确定： （2-19）经查表得 L 型同步带，即。查表：标准带宽代码050。总之，传动带为梯形带式：200L050。小带轮的尺寸：，；大带轮的尺寸：，。2.6 滚珠丝杠选型设计与计算（1）滚珠丝杠副具有传动效率高，运动平稳，精度高，经久耐用等优点，同步的特点，从而满足设计要求。首先，滚珠丝杠连接装置质量的工作条件：m1为4kg，工件（末端执行部分）质量m2为2kg，行程长度Ls为80mm，最大速度V为6m/min，加速时间t为0.5s，步进电机转速1250r/min，导向面摩擦系数为0.003，步进电机转动惯量Jm为0.8N.M，丝杠传动精度0.03mm，额定工作寿命时间Lh为10000h。（2）丝杠导程精度的选择+ 0.3mm定位精度的C7，滚珠丝杠的精度水平，针对实验室环境和经济的要求，对滚珠丝杠的选择。（3）滚珠丝杠的导程及长度选择从表2-3显示，电机转速1250r /分钟，提升联合线性运动速度100mm/s，即6m/min，滚珠丝杠导程，查看现代机械设计手册，所以我们应该选择5mm。此外，行程长度（有效）360mm，在100mm端长度两端的螺母长度40mm，假定的丝杆长度500mm。（4）丝杠直径的选择这样，通过丝杆的长度和导程P = 5mm，可选的螺杆直径为20mm。（5）最大轴向负荷的计算加速度： （2-20）各状态下的受力情况如表 2-7 所示表2-7 各个状态的受力情况表作用在滚珠丝杆上的最大轴向负载为：。计算载荷求解：根据表2-8所示：选取，。表2-8 求解载荷的参数表（6）支撑方式的选择由于螺杆行程80mm，6m/min，最大速度，所以支撑螺旋轴选择固定支撑。（7）额定动载荷计算计算寿命： =（2-22）（8）滚珠丝杠副选择名义上的滚珠丝杠动态负荷等于或略大于选择原则，THK滚动预压滚珠丝杠BTK2005-2.6，Ca=6KN。BTK2005-2.6的参数主要为：丝杠轴外径d=20mm，导程P=5mm，钢球中心直径dp=20.5mm，沟槽谷径d1=17.2mm，基本额定载荷Ca =6KN，C0a=16.5KN， 刚性K=150N/m；螺旋升角为3.64。（9）滚珠丝杠的刚度验算变形是确定工作负载和扭矩，因为两者的结合，所以，在一定程度上引导过程，偏移和在实际过程中，取，这将确保在最坏的情况下，铅的最大变形预测。所以：pp（2-23）式（2-23）中，A为丝杠截面积，；为丝杠的极惯性矩，；G为丝杠切变模量，对钢G=83.3GPa； （2-24）在式（2-24）中，为平均工作负载，表示摩擦系数，T表示转矩，取摩擦系数为0.0025，则=840； （2-25）工作是在由导程误差引起的弹性变形的杆的长度 （2-26）通常要求丝杠误差应小于12传动精度，即： （2-27） ，该丝杠满足刚度要求。（10）效率验算滚珠丝杠副的传动效率为: （2-28）要求在 90%95%之间，所以所选的丝杠副合格。（11）滚珠丝杠副的使用及注意事项在本文中，总体上垂直放置在小臂螺母，荷载为径向载荷，还要承受轴向载荷的一小部分（轴承深沟球轴承的选择），但径向力，重要时刻会产生在螺杆的接触面应力集中，生活利用损伤造成的永久性，所以，在选择中应避免较大的零件重量和惯性。滚珠丝杠应注意以下几点：限位开关：在垂直方向上的有效行程滚珠丝杠课题设计为300mm，基本能满足要求，而且对螺杆的两端连接到限位开关，避免螺母丝杠。垂直运动之间的平衡：在设计系统时，虽然传输效率达到了基本要求，但滚珠丝杠不能锁，所以必须结束执行部分（四节）应用于平衡的关系，为了防止出现逆运动学。2.7本章小结本章主要对装配机器人的技术参数和基本要求，在实验室环境中进行分析，完成了装配机器人的机械本体设计。首先确定传动方案，然后采用自底向上的设计原理，SolidWorks环境下的三维建模，并对二维地图；然后和关键部件的选型计算，从而确定结构模型的主要结构和部件，与整体一致的设计原则。这种新的结构，不同于市场的基本趋势，但在实验室环境中，提出了创新设计的一些想法，不仅结构相对简单，和良好的传输性能，经济性要求不是很高，因此，实验教学，这种结构可以应用到实践被测试。一般来说，结构和布局的模块化制造方便，该模块可以应用在一些精度和结构尺寸组合运动结构设计要求。第三章 升降关节总体结构分析3.1滚珠丝杠部分丝杠轴的支撑方式选择固定支撑，结合本设计的设计要求，在螺杆的两端用以支撑的深沟球轴承，深沟球轴承主要承受径向载荷，本设计中主要集中在径向负荷，以满足设计要求。在实际的生产制造，深沟球轴承成对安装，轴承的过程中，一般采用反装方式，具有轴承的优点可以实现所需的间隙和预紧力水平；支承刚度较好；螺杆轴的热膨胀有足够的间隙可以调整，有效地防止轴向运动；动态。考虑螺杆的设计是垂直放置的，较大，长度较长，工作负荷，对刚度的要求比较大，所以抗加载方式的选择。各自的承受极限轴的轴向运动两端的自由度方向，对轴承预紧的处理，首先应考虑工作温度，当工作温度太高，由于轴承与端盖之间的轴向间隙很小，所以除了受热畸变，条件下的轴，还必须考虑预留的间隙的大小，如果太大，导线会影响下轴的轴向力。因此，对双支点单向固定支架的选择，基本结构相似，如图3-1所示。图3-1 采用深沟球轴承的双支点各单向固定轴承的选型：根据承载式的方向，要注意和径向载荷的轴向载荷的初级和次级之间，结合设计的轴承，主要承受径向载荷，轴向载荷小，深沟球轴承可以满足设计要求。当仅承受径向载荷时，接触角为零。当深沟球轴承具有较大的径向游隙时，具有角接触轴承的性能，可承受较大的轴向载荷，深沟球轴承摩擦系数小，极限转速也很高。从机械设计手册，根据螺旋轴直径的基本尺寸确定轴承，由前表明，丝杠轴直径为20mm，可以选择6003型轴承的代码（新代码）的深沟球轴承，基本尺寸见表3-1。滚动轴承的检查：由于滚动轴承应力引起的失效形式（坑），应做相应的维修和保护。润滑能减少摩擦，热，振动和防止锈蚀的作用，最大的作用是可以降低轴承寿命的接触应力，这也是一个很大的安全。对于轴承的寿命，定义为一个轴承，环相对于革命的其他轴承的寿命。现在检查本设计采用深沟球轴承。首先确定径向负荷和径向负荷的轴承承受。表3-1 6003深沟球轴承参数表由表3-1可知，6003型的深沟球轴承的基本额定动载荷为；基本额定静载荷为；所以，轴承所承受的径向载荷为=49.8=39.2N；轴承所承受的轴向负载为=16.2N。考虑到在实际应用中的轴承，往往同时承受径向载荷和轴向载荷，因此在生命的计算，必须有实际的负载和确定基本额定动载荷载荷条件相一致的当量动载荷，首先确定当量动载荷。载荷系数的选择，可由表3-2得到。表3-2 当量动载荷P的载荷系数查机械手册得X=1，Y=1.65；查表 2-9 得=1.1。所以当量动载荷为： （3-1）与基本额定动载荷等效动荷载可由滚动轴承的寿命之前，轴承速度n=500r/min，寿命系数取=3。则根据寿命公式： （3-2）因此，轴承可以满足高精度运动螺旋轴的要求。滚珠丝杠的选型：选择丝杠轴直径：20mm；导程：5mm的公称型号为BTK2005-2.6的轧制滚珠丝杠。3.2线性滑轨部分结合本设计的结构特征，选用上银HIWIN公司的HGH-CA型线性滑轨，根据规格表选择滑轨宽度为20mm，轨长为360mm（可自行加工），有很好的指导，方便运行平稳，耐磨性好，足够的刚度，小的温度变化特性的影响，结构工艺性好等模型的指导，满足设计要求。实物图如3-2所示。图3-2 线性模组实物图3.3电感应式接近开关接近传感器（接近开关）可以在近距离，获得执行装置和相关对象的空间信息之间的关系。主要用于保障安全，防止碰撞物体或接近，证实了物体的存在，或通过与否，对物体位姿检测和测量的位置，物体的形状，然后可操作的规划和行动计划的发展，避开障碍物，避免碰撞提供信息。由于接近开关通常安装在狭窄的空间中指定的，所以要求体积小，重量轻，结构简单，稳定，固。本课题选用电感式接近开关，当金属物体接近感应式接近开关的感应区域，开关无接触，无压力，无火花迅速发出电气指令，准确地反映了运动机构的位置和行程。此外，接近开关型具有精度高、速度快，抗干扰能力强，使用寿命长，安装方便。选用SUNX（神现）公司的GL-8FB型接近开关是一种电感式接近开关，它不仅具有速度快、精度高等特点，而且体积非常小，长宽高为24mm8mm7.4mm，最大工作距离为2.5mm，稳定检测范围为01.8mm，实物图如图3-3所示。图3-3 GL-8FB型电感应接近开关实物图第四章 SCARA机器人控制系统简述对于机器人控制系统，通过分层概念来予以阐述，具体见图4-1。图4-1 机器人的分层控制图如图4-1所示，机器人通过指令的人机界面获取操作者，在教学形式：自然语言，人们特殊的教学语言，教学机器人，输入命令语言和计算机程序指令通过键盘。在“理解”的第一个机器人指挥；其次，做出相应的动作，相应的“任务”的实现，即任务规划；最后根据移动机器人的任务分解，是行动计划。为机器人的路径规划，主要是进行各关节的运动轨迹规划设计，执行的内容；为伺服控制，是底部的关节。4.1机器人控制系统的特点和要求机器人是一种自动化设备特殊，不同于一般的自动化设备，有自己的控制系统，介绍了该机器人的控制要求和特点：（1）根据控制对象，不同于一般的自动化设备，对本身的控制，控制对象的关系更集中的控制机器人，因为机器人是一个非线性系统，是一个系统，将与结构，改变传动部件，传动动力学参数变化，将与位置的关节运动和变化。（2）多轴运动协调控制的工作路径是机器人控制的一个主要特征，能量，力，扭矩传递运动的自动化，智能化设备，机器人完成作业是一项综合性的工作，按照预期的工作路径，使终端，我们必须各关节的控制，他们在工作中的协调，如协调动作序列的运动轨迹，等。（3）位置检测装置，通常安装在驱动轴上，所以有一个很大的速度范围，在半闭环系统的位置，大多数机器人开链传动机构存在差距，导致在一个机器人的位置精度下降，总因此，必须保证较高的位置精度和机器人控制速度范围大。（4）操作，需要有良好的人机界面，而不是运行完整的底层控制器的设计和规划算法，可以设计成一个简单的语言的用户使用，此外，它应被视为硬件，成本，可以使用更多的软件伺服的方法来完成控制系统性能。因此，机器人的控制系统设计是一个复杂的，灵活的过程，不同的机器人，控制系统也不同，设计一个实用，可靠的控制系统，稳定型是最基本的要求。4.2机器人控制的分类根据不同的分类方法，机器人控制方式可以有不同的分类，如表4-1所示。表4-1 机器人控制的分类方式4.3硬件系统设计原则在硬件设计的选择，必须考虑适用性和可实现的基本要求，在现有的控制硬件系统的分析，硬件系统的选择有利于本课题的研究，在现有设备上的考虑，硬件的选择，应考虑以下几点：（1）能够满足设计的基本要求：在最初设计时，我们应该考虑这个问题，一个单一的元素可以实现的效果直接决定了系统的组件的设计和性能要求。（2）是否满足可靠性要求：我们可以设计系统的可靠性是可靠性测试的一个重要指标，具体功能系统的性能来完成规定的条件和预定的一段时间。能满足可靠性要求的重要场合，是否冗余配置。计算机辅助检测系统，无论多么先进的功能原理的总体精度，如何先进，但如果可靠性差，经常发生故障的时间，长期可靠的不能正常运行，没有价值的系统。因此，系统的可靠性设计，应贯穿整个设计和制造过程。（3）是否满足完整性要求：控制系统，对各元件的基本性能的实现在很大程度上决定了整个系统的性能实现的一部分，正确的选择，使整体达到要求达到的性能和特点，这就要求在整体布局和结构做出正确的规划，硬件连接，对部分的实现，它必须考虑工作效率，问题，如驱动步进电机的研究，在选择，各种与步进电机的密切接触可以，以市场为基础的模块化系统，可以选择最好的。（4）是否满足简单的要求：尽管控制系统的设计是一个复杂的过程，但操作简单，满足要求，不仅可以节省时间，而且可以提高工作效率，除了要考虑维修方便的原则，任何一种控制方式的硬件系统可以保证误差，不能保证不出现错误，所以设计师可以设计要求的惯性思维，需要考虑的操作，维修工作，整个系统也弥补了很好。（5）是否满足经济的要求：设计师是一个必须考虑的问题，本设计是基于实验室的要求，系统设计，配件，维修等综合性能的充分考虑，但对于一般的设计师，往往忽略了这一要求。设计了一种低成本，功能完善，整体性好，控制系统的可靠性好，是设计师必须具备的条件。上述要求的硬件系统的基本设计的基础上，设计了控制系统，可以在这个时间，考虑五点原则，完成了为整个系统的设计方法，控制方面。4.4运动控制系统的硬件部分4.4.1步进电机控制方案用于步进电机控制选项的存在，考虑到实验室现有设备的基础条件，利用运动控制卡控制步进电机，与上位机的控制模式，结合运动控制卡，具有人机交互界面，实现控制过程的可视化。此外，大量的运动控制卡的运动控制功能，可根据实际要求，为实现电机的运动。运动控制卡一般采用PCI总线的PC机的模式，没有任何跳线操作，可自动生成的资源配置功能，输入和输出信号，均采用光电隔离，大大提高了可靠性和抗干扰性。此外，运动控制卡的存储库的功能，例如：大量的初始化函数，脉冲输入/输出设置功能，移动速度设定功能，单轴运动控制函数，线性插值函数和两周的圆弧插补功能；运动控制卡还可以设置梯形速度曲线，S形速度曲线，因为运动控制卡是如此丰富实用的功能，和两个时间的发展具有重要意义，不仅可以通过不同的途径和方法了，而且缩短了开发周期，提高效率。开放式的结构使运动控制卡的使用，不同的应用为例，对于不同的数控设备，其高性能，模块化的灵活性优势得到充分利用。考虑到实验室现有的设备，同时考虑经济性和实用性，最终采用“PC+运动控制卡”的方案。4.4.2电机驱动器的选型作为一个系统，步进电机驱动器中承担重要的角色，当端板发出的电脉冲，任务驱动的角位移信号来控制步进电机的正反转转换。步进电机的控制，需要归零，所以在脉冲驱动，每一个脉冲信号对应于一个固定的角度，也需要注意，脉冲数直接影响步进电机的角位移的程度，脉冲频率对步进电机的速度，加速度的大小，为实现精确定位和调速，在程序设计中，应注意调整内容。根据步进电机的步进角的概念，对驱动器的细分的概念，该86HS35型步进电机介绍86HS35选择，给出了步进电机的值为0.9度、1.8度（表示一个工作半步是0.9度，整体的工作步骤是1.8度），这一步被称为“电机步距角，固有的“不一定是工作在真正的实际电机的步进角，真正的步距角和驱动器上，见表4-2。从表4-2可以细分后的步进电机的步距角更小驱动器后，这表明在选定的驱动器，应在细分驱动器工作状态考虑。此
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号