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（全套设计打包）SCARA机器人结构设计与运动模拟

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.。其次是电器制造业，约占.，而化工业则占.。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些极限领域等非制造业。般来说，机器人系统可按功能分为下面四个部分川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。动力部分包括电源电动机等执行元件及其驱动电路。检测传感装置包括传感器及其相应的信号检测电路。控制及信息处理装置由硬件软件构成的机器人控制系统。．国内外机器人领域研究现状及发展趋势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，平均单机价格从年的.万美元降至年的万美元。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。它能实现平面运动，全臂在垂直方向的刚度大，在水平方向的柔性大，具有柔顺性。图机器人图机器人装配线图机器人机器人最适用于平面定位，广泛应用于垂直方向的装配。广泛应用于需要高效率的装配焊接密封和搬运等众多应用领域，具有高刚性高精度高速度安装空间小工作空间大的优点。由于组成的部件少，因此工作更加可靠，减少维护。有地面安装和顶置安装两种安装方式，方便安装于各种空间。可以用它们直接组成为焊接机器人点胶机器人光学检测机器人搬运机器人插件机器人等，效率高，占地小，基本免维护。.平面关节型装配机器人关键技术操作机的机构设计与传动技术由于机器人运行速度快，定位精度高，需要进行运动学与动力学设计计算，解决好操作机结构设计与传动链设计。包括重量轻刚性好惯性小的机械本体结构设计和制造技术般采用精巧的结构设计及合理的空间布局，如把驱动电机安装在机座上，就可减少臂部惯量增强机身刚性在不影响使用性能的情况下，各种部件尽量采用空心结构。此外，材料的选择对整机性能也是至关重要的。精确传动轴系的设计制造及调整技术由伺服电机直接驱动，实现无间隙无空回少摩擦少磨损，提高刚性精度可靠性各轴承采用预紧措施以保证传动精度和稳定性。传动平稳精度高结构紧凑且效率高的传动机构设计制造和调整技术由于在解决机械本体结构问题时，往往会对传动机构提出更高要求，有时还存在多级传动，因此要达到上述目的，常采用的方法有钢带传动，实现无摩擦无间隙高精度传动滚珠丝杠传动，可提高传动效率且传动平稳，起动和低速性能好，摩擦磨损小采用减速器，可缩短传动链。同时合理安排检测系统位置，进步提高系统精度机器人计算机控制技术由于自动生产线和装配精度的要求及周边设备的限制，使装配机器人的控制过程非常复杂，并要求终端运动平稳位姿轨迹精确。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。它能同时检测三维空间的全力信息，在精密装配双手协调零力示教等作业中，有广泛应用。它包括弹性体传感器头综合解藕单元数据处理单元及专用电源等。视觉技术视觉技术与检测传感技术的关系类似于人的视觉与触觉的关系，与触觉相比，视觉需要复杂的信息处理技术与高速运算能力，成本较高，而触觉则比较简单，可靠且较易实现。但在有些情况下，视觉可完成对作业对象形状和姿态的识别，可比较全面的获得周围环境数据，在些特殊装配场合有很大优越性，如在无定位自主式装配远程遥控装配无人介入装配等情况下特别适用。因此如何采用合适的硬件系统对信息进行采集传输，并对数据进行分析处理识别，以得到有用信息用于控制也是个关键问题。多路传感器信息融合技术由于装配机器人中运用多种传感器来采集信息，得到的信息也是多种多样，必须用有效的手段对这些信息进行处理，才能得到有用信息。因此，信息融合技术也成为制约检测技术发展的瓶颈。检测传感装置的集成化和智能化技术检测传感装置的集成化能形成复式传感器或矩阵式传感器，而把传感器和测量装置集成则能形成体化传感器。这些方法都能使传感器功能增加体积变小并使检测传感系统性能提高，更加稳定可靠。检测传感装置的智能化则是在检测传感装置中添加微型机或微处理器，使其具有自动判断，自动处理和自动操作等功能。加快系统响应速度消除或减小环境因素影响提高系统精度延长平均无故障时间。.项目的主要研究内容项目研究的主要内容技术方案及其意义本课题是要设计个教学机器人。作为工业机器人的己有很多成熟的产品，但大多驱动装置采用伺服电机，传动系统采用减速机，由这些部件构成的整机价格昂贵，不适宜于作为教学用途。而教学机器人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