毕业答辩-SCARA机器人运动设计及动态模拟仿真

SCARA机器人运动设计及动态模拟仿真答辩人：指导教师：研究背景及意义论文综述建模与仿真过程研究结论1234CONTENTS

第一章研究背景及意义工业机器人是20世纪以来人类社会自动化工业飞速发展的文明成果，随着工业的不断发展，机械人在制造领域的应用也越来越广泛。机器人为推动经济发展起到了巨大的推动作用，是科技发展的重点，在我国机器人的研究与设计既是重点也是难点。本课题以工业中应用较为广泛的SCARA机器人作为研究对象，围绕其运动设计与模拟仿真进行研究。。研究背景及意义1973197919631954美国的戴沃尔对工业机器人的概念进行定义，并进行了专利申请1963年，日本不二输送机工业株式会社研发出专用的搬运机器人，这个阶段研发的大多数是3个关节的机器人1973年，德国库卡机器人公司研发出世界首台机电驱动的6轴机器人，标志自动控制技术的一大进步1978年日本山梨大学发明了世界第一台SCARA机器人研究背景及意义自SCARA机器人诞生的四十多年以来，其仍然被认为是自动加工生产中不可缺少的工业机器。它具有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。另一个是移动关节，用于完成末端件在垂直平面的运动。手腕参考点的位置是由两旋转关节的角位移Φ2和Φ1及移动关节的位移Z决定的。这种结构特性使得SCARA机器人可以灵活地从一点抓取物体，然后快速的安放到另一点。与一般的关节型机器人相比，它具有操作空间小，结构简单，动作迅速，安装方便，定位精度高，灵活性高等特点。SCARA机器人的特点研究背景及意义

第二章论文综述机器人运动学简述机器人运动学包括正向运动学和逆向运动学，正向运动学即给定机器人各关节变量，计算机器人末端的位置姿态；逆向运动学即已知机器人末端的位置姿态，计算机器人对应位置的全部关节变量。一般正向运动学的解是唯一和容易获得的，而逆向运动学往往有多个解而且分析更为复杂。论文综述设计初期三维建模运动仿真分析结果参考相关文献了解SCARA机器人结构与运动方式运用CATIA软件对SCARA机器人进行三维建模将绘制完的三维模型导入至ADAMS中，并进行运动仿真在ADAMS中生成曲线，并分析曲线论文综述第三章建模及仿真过程CATIA及ADAMS简介CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。它可以通过建模帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。其广泛应用于汽车、航天等行业。ADAMS是美国MDI公司开发的虚拟样机分析软件，是世界上最权威的，使用最广泛的机械系统动力学分析软件之一。用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。建模与仿真过程0102020102单击此处编辑您要的内容，建议您在展示时采用微软雅黑字体，本模版所有图形线条及其相应素材均可自由编辑、改色、替换。建模与仿真过程机器人主要零件展示机器人大臂机器人底座零件0102040302建模与仿真过程机器人主要零件展示机器人小臂零件传动轴与腕部01020102单击此处编辑您要的内容，建议您在展示时采用微软雅黑字体，本模版所有图形线条及其相应素材均可自由编辑、改色、替换。建模与仿真过程机器人其余零件展示01020102首先绘制如图1所示的草图，再拉伸出40mm的凸台，如图2，再绘制出如图3的草图，再绘制出深度为3mm的凹槽，如图4。并对凹槽的垂直面进行拔模。再绘制出第一限制为10mm，第二限制为4mm的凸台。如图5。绘制如图6的草图再绘制出深20mm的凹槽。其余部分利用凸台、倒圆角、凹槽与球面指令绘制。击此处编辑您要的内容，建议您在展示时采用微软雅黑字体，本模版所有图形线条及其相应素材均可自由编辑、改色、替换。建模与仿真过程部分零件绘制过程机器人大臂绘制过程图1图2图3图4图5图6010202单击此处编辑您要的内容，建议您在展示时采用微软雅黑字体，本模版所有图形线条及其相应素材均可自由编辑、改色、替换。建模与仿真过程装配过程机器人底座零件在插入菜单中选择现有部件，分别选择大臂和传动轴1，先对大臂凹槽的轴线和传动轴凸台轴线进行相合约束，如图1图1在装配界面分别插入底座的四个零件，将底座盖板左边孔的轴线与底座机架左边孔的轴线进行相合约束，再将底盖板和机架的面进行接触约束，再将底座盖板上孔的轴线与底座上平面孔的轴线进行相合约束，再将盖板与机架的面进行相合约束。底座的其他零件之间的约束也是运用相合与接触操作。如图2。图2010202建模与仿真过程装配过程

将小臂底座与其内部零件一次导入到装配界面中，将各个轴与小臂底座相应的凹槽进行相合约束，再进行接触约束，其余零件的装配也进行相合、接触约束。小臂内部装配图如图3，小臂总装配图如图4。图3图4

010202建模与仿真过程装配过程

零件爆炸图如下图010202建模与仿真过程装配过程零件总装配图如下图010202建模与仿真过程仿真过程首先要将在CATIA中绘制好的三维图导入到ADAMS中，如果在导入的过程中出现兼容性问题可以将CATIA的装配图另存为STEP格式，再用PROE软件将STEP格式的文件打开，之后另存为x_t格式的文件并选择路径进行保存。左图为导入成功的图。010202建模与仿真过程仿真过程在仿真之前要定义零件的材料点击屏幕左侧Bodies,出现所有的零件列表，鼠标右键点击所要修改的零件，再点击Modify选项，在DefineMassBy选项中的UserInput修改为GeometryandMaterialType，修改之后出现MaterialType选项，鼠标右键点击选项栏，再点击Material，再点击Guesses，选择材料为stell。再修改零件的颜色。010202建模与仿真过程仿真过程

在第一栏中选择2Bodies-1Location，第一个物体选择地面，第二个物体选择底座的机架部分，位置选择机架中的一点。按照此步骤将底座部分的其余零件和地面固定住。点击Joints中的转动副，在转动副选项中选择2Bodies-1Location，依次选择底座与大臂，将位置选择在轴上。大臂与小臂之间的转动副添加也做上述操作。010202建模与仿真过程仿真过程

点击Joints中的圆柱副，选择2Bodies-1Location，第一个物体选择小臂，第二个物体选择与末端执行件所连接的轴，位置选择在轴上的一点，方向向下。在菜单栏中选择Motion，再点击JiontMotion中的旋转驱动，再点击转动副即可完成添加，将所有的转动副与圆柱副都添加上旋转驱动。0202建模与仿真过程仿真过程在菜单栏中选择Motion，再点击JiontMotion中的移动驱动，再点击末端件的圆柱副即可完成添加。右键点击大臂与底座的旋转驱动，再点击Modify，在Function中修改驱动函数010202建模与仿真过程仿真过程

大臂与底座之间的旋转驱动修改的函数为STEP(time,0,0,5,0)+STEP(time,5,0,10,1)+STEP(time,10,0,15,0)+STEP(time,15,0,20,-1)+STEP(time,20,0,25,0)+STEP(time,25,0,30,-1)+STEP(time,30,0,35,0)+STEP(time,35,0,40,1)

大臂与小臂之间旋转驱动函数修改为STEP(time,0,0,5,1.3)+STEP(time,10,0,11.5,0.3)+STEP(time,11.5,0,13.5,0)+STEP(time,13.5,0,15,0.3)+STEP(time,30,0,31.5,0.3)+STEP(time,31.5,0,33.5,0)+STEP(time,33.5,0,35,-0.3)

末端执行件的移动驱动函数修改为STEP(time,11.5,0,13.5,50)+STEP(time,13.5,0,15,-50)+STEP(time,20,0,21.5,50)+STEP(time,21.5,0,23.5,0)+STEP(time,23.5,0,25,50)+STEP(time,30,0,31.5,50)+STEP(time,31.5,0,33.5,0)+STEP(time,33.5,0,35,-50)

末段执行件的旋转驱动函数修改为STEP(time,10,0,11.5,1)+STEP(time,11.5,0,13.5,0)+STEP(time,13.5,0,15,-1)+STEP(time,21.5,0,23.5,1)+STEP(time,23.5,0,25,-1)仿真视频仿真与建模过程仿真过程仿真过程010202建模与仿真过程仿真过程大臂、小臂、腕部速度，位移，加速度曲线如下大臂x轴速度曲线大臂y轴速度曲线大臂z轴速度曲线大臂x轴位移010202建模与仿真过程仿真过程大臂y轴位移大臂z轴位移大臂x轴加速度大臂z轴加速度010202建模与仿真过程仿真过程大臂z轴加速度小臂x轴速度曲线小臂y轴速度曲线小臂z轴速度曲线010202建模与仿真过程仿真过程小臂x轴位移小臂y轴位移小臂z轴位移小臂x轴加速度曲线010202建模与仿真过程仿真过程小臂z轴加速度腕部x轴速度腕部y轴速度曲线腕部z轴速度010202建模与仿真过程仿真过程