【《Scara机器人的发展研究文献综述》4500字】

第I第页Scara机器人的发展研究文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u202941.1研究背景 1286701.2scara机器人研究现状 552901.3国外机器人发展现状 6164151.4国内机器人发展现状 710120参考文献 7机器人技术涉及多个领域，如机械、测试技术、控制技术等多个学科。不仅代表了科学技术发展的最新成果，而且还反映了一个国家的工业水平。Scara机器人大多应用于装配工作，能够实现多关节工作，并且加上编程技术可是实现精密工作。机器人技术正朝着结构的简单化、控制系统的开方化、步进驱动技术的数字化发展。Scara机器人在工业中不仅可以降低成本，把人从重复的作业中解放出来，从某意义上来说还可以提高安全性，减少人员伤亡。但是，我国scara机器人研究和设计和国际领先水平仍有一定的距离。因此，对于具有广泛应用且机构相对简单的平面关节型scara机器人进行结构设计和控制设计。1.1研究背景世界上许多公司，特别是在电子行业中，已经使用了许多工业生产机器人来提高此类公司的生产率。由于减少了员工，因此几乎没有安全事故。机器人的出现促进了社会生产力的极大提高，并促进了社会发展的发展。1978年，日本山梨大学牧野弘志发明了SCARA，该机器人具有四个轴和四个运动的方向，（包括沿X，Y，Z方向的平移变换和绕Z轴的旋转）。SCARA系统软件在x和y方向上兼容，并且在Z轴方向上具有出色的弯曲刚度。此功能特别适合组装工作，例如将圆销插入圆孔，因此SCARA系统软件是最多的。SCARA的另一个特点是其串联的两杆结构，类似于人的手臂，可以扩展在狭窄的空间中工作，然后再收回。适用于移动和保持，装配诸如集成电路芯片之类的物品。SCARA机器人有3个旋转关节，其中心线彼此平行，并且在平面上进行了精确的定位和逐项列出。另一个关节是活动关节，用于在垂直平分平面内进行端部件的健身锻炼。腕部定位点的位置取决于两个旋转关节φ1和φ2的角速度以及活动关节的偏移z，即p=f（φ1，φ2，z）。这种类型的机器人结构轻巧，响应迅速。例如，Adept1SCARA机器人的健身速度为十米/秒，比普通的铰接式机器人快很多倍。它最适合在平面上精确定位以及垂直方向上的组装工作。图1-1Scara机器人先还有以下四种类型：1.直接驱动组装机器人：传统的机器人必须使用减速装置来实现减速并增加输出扭矩。这些传输链将增加系统功耗，惯性，故障等，并增加系统可靠性。为了减小关节惯性并实现高速，高精度，大负载和可靠性，趋势是使用高扭矩和低速电机直接驱动。2.智能装配机器人：组装机器人的目标之一是实现工作的自主性，因此必须使用知识规划，专业系统和AI研究的其他领域来开发可在不同组装工作站中运行的智能，自主的移动组装机器人。3.并联机器人：传统机器人采用链节和关节结构，而并联机器人具有非累积性定位误差，改善了操作员分布，结构紧凑，提高了刚性，增加了承载能力等，并且反向位置问题相对简单，位置奇异相对较多，因此近年来引起了越来越多的关注。4.协作机器人：随着组装机器人的应用范围的扩大，对组装机器人的一些新要求也提出了。例如，多个机器人之间的协作，机器人本身的手臂之间的协作，甚至人与机器人之间的协作，这对于繁重或复杂的组装任务都非常重要。SCARA机器人广泛应用与多个领域，对制造业的发展有着重大意义。铸造行业：铸造域的作业使工人和机器遭受沉重负担，操作简便的SCARA机器人的实际操作简单，无论是用于注塑机，还是用于连接两个工艺流程，或者用于运输极其重的产品工件，都非常方便。SCARA机器人具有最佳的精确定位特性，高承重能力和可靠地执行高强度工作的能力，甚至可以用于在注塑机附近，内部和上方立即移除产品工件。2.电子电气领域：在此阶段，全球工业领域中计算机安装数量最多的工业生产机器人是SCARA四轴机器人。电子电气领域成员区域的机器人是中国制造商根据电子设备制造领域的要求专门制造的。小型化和简单的特性完成了电子设备组件的高精度，高效率的生产和制造，并达到了电子设备的组件生产设备。日益完善的管理要求以及自动化技术的生产和加工也大大提高了生产和制造的经济效益。根据相关数据和信息，通过机器人对产品进行抛光，从而进一步提高了良率。因此，SCARA机器人将大大提高交货后的生产率。3.硫化橡胶和塑料工业：塑料行业有着密切的合作和高度的系统化，这对于SCARA机器人来说是容易而又简单的。它不仅适用于洁净室空气质量标准下的生产设备，而且适用于注塑机旁边的高强度工作。即使在标准化的工作环境中，SCARA机器人也可以合理地提高各种加工技术的经济效益。SCARA机器人可用于铸造行业，电气和电子领域以及硫化橡胶和塑料行业。SCARA机器人的模块化设计，灵活的自动控制系统和专用系统软件可以满足该领域自动化应用行业的最高要求SCARA机器人不仅防水，而且耐用且耐热，并且可以可靠，可靠地将加工技术模块和制造模块相互连接。图1-2图1-31.2scara机器人研究现状Scara平面关节机器人是目前最常用的安装机器人，由于它们运动速度快、成本相对低、高可靠性和在工作中受环境影响小。因此，在工业中得到了广泛的应用，是自动化生产中不可缺少的部分。它也得以飞速的发展，在结构、控制、精度、体积大小方面都有不同的发展。新型KRscara机器人很适合小零件装配、材料处理和检查任务。Kuka的新型scara机器人在6公斤以下的载荷中，可以达到的功效范围是500到700mm，非常短的循环时间为0.36秒或0.38秒，价格低廉，对于低成本、小成本的公司和企业中的理想的选择，推动了自动化市场的发展。Scara机器人目前的简化设计和集成设计，使机器人在许多任务中能够有良好的应变能力。对于小零件装配，材料处理和检查不仅能够做到精准还能做到智能调整。在机械机构设计方面，新型scara机器人具有更加简便的机械结构，零件具有互换性。这点kuka公司生产的机器人最具有发言权，节省了大部分的空间，极大的节省了用户的工间，便于安装与拆卸。与之前的相比较不仅减少了设计复杂程度还减少了设计成本。也有公司生产的机器人有自己独特的设计方法和装配方法，不仅不易被模仿而且还减少了电缆的使用，没有电缆的束缚，机器人能够更加灵活的运动，提高了生产效率。在控制系统设计方面，开放式的控制设计系统能够实现标准化、通用化、网络化、集成仪器，数字化、模块化，可以实现远程控制和计算机控制。极大的提高了系统的稳定性、可操作性、工艺性和可维修性。Adept公司的cobrai600机器人采用了步进驱动器的控制方式，这样，就可以完成机器人之间的和谐通信和工作，从而大大降低了产品成本。在应用程序级别上，除了传统安装的主要目的之外，新型scara机器人也越来越多地用于仪器仪表级别。世界上最小的Scara机器人的手臂跨度为120毫米，精确度为0.005毫米，可用于特殊的生产加工和精密加工，特别是安装和包装场合。Biotx公司开辟了机器人的新研究方向，实现了实验室的自动化，但对于机器人的运动分析和模拟曲线方面的研究，只是有了初步成果，对于深层次的加速度轨迹的模拟设计和计算没有进行考虑。在有效载荷方面，新型机器人能够就具有更大的有效载荷，机器人可以达到20kg。为了匹配更大的有效载荷，就需要更加有力的驱动系统来驱动，利用减速器来增大力矩是必不可少的，同时对于减速器的优化也是必不可少的。1.3国外机器人发展现状在日本开发和设计的SCARA平面图关节铰接式机器人是现阶段最常用的机器人。它最初是由日本山梨大学的牧野宏志（HiroshiMakino）于1978年创建的。此类型的机器人自那时以来已广泛用于安装工作。它有四个运动自由度。空间的四个方向的弯曲刚度相对有限，它在其余两个方向上具有无限的弯曲刚度。SCARA机器人具有紧凑的结构，灵活的姿势，更快的速度和高精度的零件。它的应用进一步提高了机器人对复杂安装和日常任务的适应性，还降低了成本并提高了工作空间的利用率。自MakinoHiro创建和发明SCARA工业生产机器人以来已有40多年的历史，但是SCARA机器人仍被认为是自动化生产中必不可少的关键元素，它具有上述结构和应用的优势。除了广泛使用之外，SCARA工业生产机器人还获得了大量的发展趋势和改进。例如，在机械设备制造水平上，爱普生的SCARA机器人BN和BL，这两种设计方案将与传动齿轮配合使用。齿轮组放置在T1和T2轴上。齿轮组采用新的精密铸造方法，可以减轻所有机器人手臂的净重，并且在速度，稳定性和性能方面也可以得到显着改善。在负载方面，SCARA机器人也取得了突破性的进展。由EPSON制造的E2H853超重型SCARA机器人可以实现20kg的更大负载，并具有较小的惯性角动量。在体积和净重方面，SCARA也得到了极大的改善。2013年初，全球最大的SCARA工业生产机器人市场份额EPSON发布了最新的H8机器人，该机器人是其旗舰产品H系列高级多骨关节机器人中的第一个模型。H8机器人是目前在450-650mm肱骨长度的SCARA机器人中体积最小，重量较轻的SCARA机器人之一。SCARA机器人在高精度应用（例如移动小型，中型和超小型物体）中也有很大的收获。日本YamahaCorporation生产的SCARA机器人的最小手臂跨度为120Mm，重复精确定位的精度仅为0.005，可以使用。用于超小型，高精度场所。因此，如上所述，新一代的SCARA工业生产机器人不仅使用智能技术，简化了组件，而且还具有其他水平的性能，例如：高精度合金产品，更大的负载，更高的生产率，反复的精确定位精度，简单的电缆和较小的室内空间得到了极大的改善。1.4国内机器人发展现状我国早期的自动化程度不高起步也晚，优秀技术的局限性只是在1970年代才逐渐进入我国的科研环节。由于起步相对较晚，海外产品的相对性质存在一定差异，并且机器人性能和准确性也存在一定不足。继改革开放以后我国的工业水平不断提高，自动化程度也不断提升，机器人在各个行业的应用也逐渐普遍，改善Scara机器人的应用水平也推动了机器人的发展趋势。目前，国内发展较好的公司有沈阳新松机器人、安川首钢机器人、东莞、启帆等。新松机器人的性能最好，也得益于沈阳工业机器人研发实力。在不断提升精度的要求下也提升了结构设计。Scara机器人的稳定性、运动精度和控制精度上国内与国外的主要差距所在。由于我过在机器人上的研究较少，主要研究在中型的scara机器人，结构优化不够，精度要求也不高，工作范围、条件有限，未来的发展还有很大的上升空间。国内在结构设计，控制系统的设计、软件编程以及对运动控制方面已经熟练掌握，对于装配方面有了许多成就，推动国内机器人技术不断向前发展。由于我国对于应用的研究让还不够透彻，对于其他方面的应用仍不太成熟。尤其是对于高智能、高精度的scara机器人研究处于初步阶段，高智能化、高精度的机器人对于处理特种任务是非常有力的帮手。这方面的研究是非常重要的，仍需要进一步加强。在现阶段，根据国外机器人在中国的比较，中国工业生产机器人的发展趋势可以大致分为三个层次。机器人机械系统的优化，机器人自动控制系统的优化以及机器人运动精度的优化。其次，对机器人的运动学和动力学模型进行了科学研究，通过研究不仅可以提升运动精度，还可以提升有效载荷。同时在机器人中加入智能化的元素，也可以对机器人的运动达到精准控制。参考文献[1]机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2010.[2]蔡美琴编．MCS-51系列单片机及应用[M].北京：高等教育出版社，2012.[3]机床设计图册[M].上海：上海科学技术出版社，1989.[4]范广俊主编．数控机床及应用[M].北京：机械工业出版社，1993.[5]王永章等编著．机床的数字控制技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2016.[6]林其俊主编．数控技术及应用[M].北京：机械工业出版社，1995.[7]机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2010.[8]王健强、程汀.SCARA机器人结构设计及轨迹规划算法[J].合肥工业大学学报