（图纸+论文）SCARA机器人结构设计与运动模拟（全套完整）

.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。

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，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。

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