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SCARA 2011.prt
大臂主轴零件图.dwg
（CAD图纸）
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小臂主轴零件图.dwg
（CAD图纸）
装配图.dwg
（CAD图纸）
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。
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。
本章介绍模块化的设计方法在机器人的结构设计中的应用。
.机器人的总体设计机器人的技术参数抓重自由度运动参数大臂。
回转角度，角速度.小臂。
回转角度，角速度.手腕回转。
回转角度，角速度.。
手腕升降升降距离，线速度.机器人外形尺寸与工作空间依据设计要求，机器人的外形尺寸如图所示，工作空间如图。
图机器人的结构图图机器人的轴侧图图机器人的轴侧图机器人的总体传动方案目前，机器人的传动系统中主要是使用减速器或谐波减速器。
减速器是近几年发展起来的以两级减速和中心圆盘支撑为主的全封闭式摆线针轮减速器，与其它减速方式相比，减速器具有减速比大同轴线传动传动精度高刚度大结构紧凑等优点，适用于重载高速和高精度场合。
谐波减速器也具有传动比大，承载能力大，传动精度高，传动平稳，传动效率高，结构简单体积小，重量轻等优点，而且相对于减速器而言，其制造成本要低很多，所以在本设计中采用谐波减速机。
机器人大小臂均要承受轴向压力和倾覆力矩，所以大臂和小臂均采用谐波减速机加推力向心交叉短圆柱滚子轴承结构。
而推力向心交叉短圆柱滚子轴承刚度高，能承受轴向压力与径向扭矩，与谐波减速机配合正符合机器人大小臂高刚性及高的抗倾覆力矩的要求。
这样有利于缩短传动链，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。
令凡为考虑载荷性质和运转时间的工况修正系数，为考虑增速的修正系数，。
为考虑张紧轮的修正系数。
设计功率为选择带型和带轮节径及齿数参照“同步带选型图”选择带型为型，则选择带轮，节径.，外径，齿数为，节距。
.。
接下来验算带速，同步带传动速度为查表知型带带速限制为.所以带轮满足要求。
同步带的节线长度，齿数及传动中心距初选中心距取.确定实际啮合齿数确定实际同步带宽度选取同步带的宽度为.，带轮宽度为滚珠丝杠副的设计计算最大工作载荷计算。
工作最大负载，沿轴方向，即丝杠轴向。
因此，滚珠丝杠的进给抗力，即最大工作载荷为设横向工作载荷为月为导杆和轴套之间的摩擦系数，.。
因此，丝杠最大工作载荷为最大动负载校核滚珠丝杠最大动负载为工作寿命，为丝杠转速为额定使用寿命，取.为运转状态系数，无冲击，.，因此，查表知的额定动负载，安全裕度为。
静载校核因工作载荷很小，肯定满足条件。
因此，对于该自由度的传动系统的计算及校核可以省略。
刚度验算丝杠的拉压变形量为式中为滚珠丝杠在支撑间的受力长度，取.丝杠底径近似为外径和滚珠直径之差，即，丝杠外径，丝杠名义直径已知，查表知滚珠直径.，因此丝杠底径为.，Л，于是拉压变形量为该变量可以忽略不计，因工作载荷很小，滚道接触变形量从略。
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来通三四关节导线.腕部机械结构设计图腕部装配结构图.下端盖.滑块.轴承套.丝杆.导杆.步进电机.滚珠螺母及导轨滑块.腕部机壳.步进电机.同步齿形带.腕部上端机壳.制动块.导杆.同步齿形带.轴承套.密封圈.主轴腕部装配结构图如图所示。
为了便于加工及保证精度，把安装滚珠丝杠端的端盖及支撑上端盖的壳体图中未标出设计成分离式结构，依靠壳体两端面与小臂及上端盖配合面来保证丝杠与主轴平行度。
由于同步齿形带要能调整中心距及带张紧力，因此电机先安装在电机连接板上，然后再把连接板及上端盖固定在起，上端盖用来连接电机连接板的四个孔，螺栓在两个带轮中心线方向上可以进行微调。
这样在装配时可对两带轮中心距及带张紧力进行调整。
对于电机直接连接在滚珠螺母与导杆滑套上，这样电机可随着主轴起做直线运动。
由于滚珠丝杠没有自锁功能，轴方向又是负载作用力主方向，受结构尺寸限制无法在电机上加抱闸，因此在滚珠丝杠顶端安装个制动器来锁住滚珠丝杠，断电时自动锁死，避免滚珠丝杠在断电时发生滑动。
滚珠丝杠两端都选用向心推力球轴承，此类轴承存在轴向游隙，可以防止丝杠轴向跳动，提高主轴传动精度。
滚珠螺母与滚珠螺母支架相连接，主轴通过两个推力球轴承安装在滚珠螺母支架上，主轴顶端用两个小圆螺母加以锁紧。
导柱，是否需要还有待实验进步验证。
主轴升降通过限位开关控制其行程，所以在螺母支架上安装有挡块，在上端相应位置安装有接近开关，这样主轴离端盖定距离时就有信号通知运动控制器，限制该方向运动。
在滚珠丝杠下端添加个防撞的橡胶垫圈，避免滚珠螺母与小臂上表面发生刚性碰撞。
.小结机器人大臂和小臂结构相同，基本上实现模块化设计，符合发展趋势三个模块相互独立结构简单零部件少精度高可靠性高，不仅适用于以平面关节式装配机器人设计，其二关节模块结构同样适用于其他关节式机器人前端转动关节设计。
三四关节模块结构紧凑，充分利用结构空间，能同时实现高速旋转运动与直线运动，主轴直线运动距离为，而整个模块在主轴方向高度约为左右。
同时，三四关节的电机轴与主轴不在同直线上，也有利于结构布局，所以该模块也可应用在些对精度和结构尺寸都有要求的组合运动结构设计中。
第三章机器人的位姿误差
（优秀毕业全套设计）SCARA机器人结构设计与运动模拟
