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SCARA机器人结构设计与运动模拟（全套完整有CAD）

压杆稳定性验算。失稳时的临界载荷采用两端固定的支承方式，查表知支承方式系数关刃.为截面惯性矩，Л.。因此，.ЛЛ.，因工作负载很小，压杆不会失稳。传动效率计算η入入十根据初选滚珠丝杠型号查表只知螺旋升角入，摩擦角般约为，则η.，传动效率高。.大臂和小臂机械结构设计如图大臂装配结构图所示，机器人大臂的驱动电机和谐波减速器直联后安装在机器人大臂内部。谐波减速器的输出轴铣成方形插入底座内，底座通过螺栓固定在机座上。同时推力向心交叉短圆柱滚子轴承的内圈通过螺栓与连接板联结在起，连接板通过螺栓联结在大臂上，推力向心交叉短圆柱滚子轴承的外圈通过螺栓与机座联结在起。当电机轴旋转时，受到固定限制的减速器输出轴不能转动，从而电机和减速器以及大臂反向旋转。这样机器人大臂就可以绕机座中心轴相对固定机座转动，但转动方向与减速机输出轴转向相反。同时在圆周方向，固定基座应该安装两个极限行程开关和两个限位挡块，而运动体则要安装压板和行程触发块，以限制大臂在规定范围内转动，以免机器人小臂部分在运动空间之外与其他设备或部件碰撞。图大臂装配结构图图小臂装配结构图采用模块化设计方法，小臂与大臂装配结构类似。机器人小臂电机也安装在小臂内部，这样虽然增加了小臂惯量，但有利于简化结构设计和零部件制造工艺。传动原理及结构设计与大臂类似，小臂装配结构图略。由于三四关节所有导线都要通过关节二外壳罩，所以在小臂与三四关节壳罩之间增加段导线管用于缩短传动链，简化结构设计伙，。由于主轴处于机器人小臂末端，相对线速度大，对重量与惯量特别敏感，所以传动方式要求同时实现轴方向直线运动和绕轴的回转运动，并要求结构紧凑重量轻。经过比较，选择同步齿形带加滚珠丝杠来实现轴上下运动，而用同步齿形带加带键的滑动轴套来实现轴旋转运动。大臂回转步进电机谐波减速器大臂小臂回转步进电机谐波减速器小臂主轴垂直直线运动步进电机同步齿形带丝杠螺母主轴主轴旋转步进电机同步齿形带花键主轴.机器人关键零部件设计计算减速机的设计计算大臂的转动速度为角速度.，电机初选四通步进电机，两相混合式。最高转速为，设计电机按工作，则初选谐波减速器为北京中技克美谐波传动有限责任公司的机型为的扁平型谐波减速器，其传动比可以是系列组件的规格和额定数值见下表表的规格和额定数值表机型速比最高输入转速输入转速半流体润滑脂油润滑输入功率输出功率输出扭矩电机的设计计算轴机座旋转轴的等效转动惯量为式中初拟机座的外径为，内径为，带轮直径，宽.设谐波减速器转动惯量电机的转子惯量电机的转子惯量.因此自由度弓传动系统上所有惯量折算到电机轴上的等效惯量为电机轴扭矩为因为所选材料的摩擦系数.取响应时间.，则所选两相混合式步进电机电机在时扭矩为.，满足要求，其余几个电机的选择计算类似，第二自由度选择，第三和第四自由度是两个。表步进电机技术数据序号型号相数步距角。静态相流相电电阻相电感保持转矩定位转矩重量同步齿型带的设计计算考虑到整体结构，选择对直径左右的带轮同步齿型带传递的设计功率随载荷性质速度增减和张紧轮的配置而变化。令凡为考虑相对而言对运动精度的要求要比工业场合用的机器人所要求的精度低，对运动速度和稳定性的要求也不高，它只需具备机器人的基本元素，达到定的精度即可。实际上由步进电机构成的开环系统精度已经很高，能满足教学用途，而且成本比伺服电机构成的闭环半闭环系统低很多。谐波传动也是精度高传动平稳并且很成熟的项传动技术。因此自主开发低成本的教学机器人很有意义。对本机器人的研制，拟采用步进电机作为动力装置，采用谐波减速机作为传动链的主要部件，同时辅以同步齿形带和滚珠丝杠等零部件来构成机器人的机械本体。控制系统采用基于的运动控制架构，研究机器人关节空间的轨迹规划算法和笛卡儿空间的直线轨迹规划算法，利用控制卡提供的运动控制库函数在环境下用.开发控制系统的软件。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控制系统设计运动学分析及位姿误差建模控制软件的开发以及轨迹规划算法的研究。拟解决的关键问题抗倾覆力矩问题的解决。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。机器人的运动学分析以及位姿误差建模方法的研究。根据运动学参数法，建立通用机器人位姿变换方程，在位姿变换方程的基础上建立机器人位姿误差的数学模型，采用矩阵变换直接推导出机器人末端位姿误差与运动学参数误差的函数关系式。机器人轨迹规划算法的研究。包括给定起点和终点的关节轨迹规划运动算法，以及给定起点和终点的直线轨迹规划运动算法。第二章机器人的机械结构设计近年来，工业机器人有个发展趋势机械结构模块化和可重构化。稳位姿轨迹精确。现阶段机器人的控制方式主要有两种是采用专用的控制系统，如工等二是基于机的运动控制架构，如工等。在控制领域常涉及的关键技术包括点位控制与轨迹控制的双重控制技术般为装配机器人安装高级编程语言和操作系统。常用的编程方式有示教编程与离线编程。另方面，合理选择关节驱动器功率和变速比终端基点密度和基点插补方式，以使运动精确轨迹光滑。装配机器人柔顺运动控制技术由于机器人柔顺运动控制是种关联的变参数的非线性控制，能使机器人末端执行器和作业对象或环境之间的运动和状态符合给定要求。这种控制的关键在于选择种合适的控制算法。误差建模技术在机器人运动中，机械制造误差传动间隙控制算法误差等会引起机器人末端位姿误差。因此有必要对机器人运动进行误差补偿，建立合理可靠的误差模型，进行公差优化分配，对系统进行误差的标定并采用合适的误差补偿环节。控制软件技术将诸如减振算法前馈控制预测算法等先进的现代控制理论嵌入到机器人控制器内使机器人具有更精确的定位定轮廓更高的移动速度更短的调整时间，即使在刚性低的机器人结构中也能达到无振动运动等特性，有助于提高机器人性能。.检测传感技术检测传感技术的关键是传感器技术，它主要用于检测机器人系统中自身与作业对象作业环境的状态，向控制器提供信息以决定系统动作。传感器精度灵敏度和可靠性很大程度决定了系统性能的好坏。检测传感技术包含两个方面的内容是传感器本身的研究和应用，二是检测装置的研究与开发。包括多维力觉传感器技术多维力觉传感器目前在国际上也是个热点，涉及内容多难度大。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。工业机器人控制系统向基于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统的可靠性易操作性和可维修性。机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置速度加速度等传感器外，装配焊接机器人还应用了视觉力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉声觉力觉触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中己有成熟应用。虚拟现实技术在机器人中的作用己从仿真预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。机器人化机械开始兴起。从年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置己成为国际研究的热点之，纷纷探索开拓其实际应用的领域。.机器人简介机器人如图所示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，在平面内进行定位和定向，是种固定式的工业机器人。它具有四个自由度，其中，三个是旋转自由度，个是移动自由度。个旋转关节，其轴线相互平行，手腕参考点的位置是由两个旋转关节的角位移，和，及移动关节的位移来决定的。这类机器人结构轻便响应快，例如型机器人的运动速度可达，比般的关节式机器人快数倍。,机器人,结构设计,运动,模拟,摹拟,自由度毕业设计,全套,图纸第章绪论．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。机器人应用水平是个国家工业自动化水平的重要标志。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。