SCARA机器人运动控制系统设计资料下载.pdf

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当然在这其中，也有着诸多的错误而由于自身水平所限无法发现而已。

其实，我想老师也明白，让我们这种之前从未接触过机器人设计的学生，来写出一篇自己设计的机器人的论文无疑是异常困难的，况且在这仅有的两周时间，神乎其神。

所以说我自己也不否认这篇蹩脚的低水平的文章大多数是参考了别人来的文章，但是我认为这幸亏不是毕业论文，只是为了作业并增进对机器人控制技术了解的必要之举。

我不内疚，因为这篇文章都是我自己输入的，文章的每个角落里有哪些内容我都异常的熟悉，哪些地方存在着我自己的理解也异常的熟知。

包括其中的上百条公式，都是一手一手码出来的，虽然没能做到对一条公式的理解，但是都有去做了解。

太多的问题来不及去表达，特此写下这篇自述讲讲自己的对这门课程的认识，相信我在之后的求学或工作生涯中任然能够再对机器人控制这门学科进行深入的学习和研究。

说声抱歉，老师要求的软件源代码，由于自己的水平所限，以及查找资料未果，没能附着一篇哪怕蹩脚的控制源码。

再次抱歉。

4摘要摘要本设计说明书首先对SCARA机器人做了一个全面的分析，从主体结构到运动学算法分析，再到机器人的动力学分析。

运用经典的动力学和运动学方法分析了SCARA机器人的。

之后对SCARA机器人的轨迹规划做了分析，理解了轨迹规划的具体实现步骤。

紧接着，又对机器人的控制策略及其主要遵循的机制做了一个简单的解释。

应该说能够大体了解该机器人的控制方法。

之后，对整个机器人的整体控制思路做除了阐述，使我们能够清晰的了解了整体及局部的控制是如何实现的。

最后，通过现实设计需求，指定相应参数，根据实际选择合适的主要设备部件，这些主要设备部件的计算及其作用进行了详细的解释。

并且在附录中给出了主要的元器件清单。

虽然不太全面，但还是能够利用其实现大概功能。

文章的最后还提出了软件的实现方法，讲解了如何利用控制卡实现对机器人的运动控制。

文章基本上SCARA机器人所需要的分析方面，文中均有提及，但是由于水平所限，有些不太理解的方面无法给出详尽的解释及解决方案，希望在自己将来能够有机会继续深入研究有关机器人的相关问题。

51引言引言20世纪中期，因为计算机自动化和原子能技术的发展，现代机器人开始在美国得到重视和研究，工业机器人也因此不断得以应用。

工业机器人的特点是能实现自动控制、能重复编程、自由度较多，经常搭配刀具或其它可装配的加工工具，从而实现搬运材料、工件等动作，完成各种作业，属于一种柔性自动化设备。

工业机器人是机器人学的一个分支，它代表了机电一体化的最高成就。

自1962年美国推出世界上第一台UnJmation型和Versatran型工业机器人以来，工业机器人技术迅猛发展，工业机器人技术综合了机械工程学、电气工程学、微电子工程学、计算机工程学、控制工程学、信息传感工程学、声学工程学、仿生学以及人工智能工程学等多门尖端学科，是感知、决策、行动和交互四大技术的综合的高新技术，具有广泛的研究和应用价值，工业机器人应用水平代表了国家工业自动化水平。

随着工业机器人在制造业的应用范围越来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度也越来越高，功能越来越强，并向着成套技术和装备的方向发展。

机器人应用从传统制造业向非制造业转变，向以人为中心的个人化和微小型方向发展，并将服务于人类活动的各个领域。

总趋势是从狭义的机器人概念向广义的机器人技术RT概念转移；

从工业机器人产业向解决工程应用方案业务的机器人技术产业发展。

机器人技术（RT）的内涵已变为“灵活应用机器人技术的、具有实在动作功能的智能化系统”。

我国的机器人研发始于上世纪70年代初，前10年处于研究单位自行开展研究状态，发展比较缓慢。

1985年后开始列人国家有关计划，发展比较快。

特别是在“七五”、“八五”、“九五”机器人技术国家攻关、“863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展，主要表现在机器人基础技术，机器人的单元技术和基础元部件的研发，机器人控制装置的研制，机器人操作机研制和机器人的应用工程等方面。

工业机器人根据机械结构和坐标系特点可分为直角坐标型3P、圆柱坐标型R2P、球坐标型2RP和关节坐标型（3R）的机器人，关节坐标型机器人的结构类似于人手臂，其位置和姿态完全由旋转运动实现，而平面关节型机器人，即SCARASelectiveComplianceAssemblyRobotArm机器人可看作关节坐标型机器人的特例。

SCARA（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm，中文译名：

选择顺应性装配机器手臂）是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人。

SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。

另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动。

它最适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业。

SCARA系统在x，y方向上具有顺从性，而在Z轴方向具有良好的刚度，此特性特别适合于装配工作，例如将一个圆头针插入一个圆孔，故SCARA系统首先大量用于装配印刷电路板和电子零部件；

SCARA的另一个特点是其串接的两杆结构，类似人的手臂，可以伸进有限空间中作业然后收回，适合于搬动和取放物件，如集成电路板等。

图1-1SCARA机器人62系统分析系统分析及算法分析及算法分析2.1SCARA机器人的结构分析机器人的结构分析2.1.1SCARA机器人的总体结构机器人的总体结构SCARA机器人有四个旋转自由度和一个移动自由度，各旋转关节轴线相互平行，使机器人能在平面上定位和定向，一个移动关节实现腕部的垂直运动。

以平田公司AR-F650H型号的SCARA机器人为例，如图2-1所示，三个旋转自由度为A轴、B轴和W轴，移动自由度为Z轴。

在实际使用中，需要装配与其腕部适合的手腕，以实现特定的用途。

图2-1AR-F650H型号的SCARA机器人各关节电机都使用伺服电机，A轴和B轴的减速器选用谐波减速器，z轴和w轴采用滚珠丝杠一花键轴的一体式结构，并选用同步带减速。

SCARA机器人的传动方式如下：

A轴旋转：

A轴电机一谐波减速器一A轴；

B轴旋转：

B轴电机一谐波减速器一B轴；

z轴垂直直线运动：

Z轴电机一同步带一丝杠螺母一主轴；

W轴旋转：

w轴电机一同步带一花键螺母一主轴。

伺服电机与减速器是机器人结构中的核心部件，它们对机器人的性能有着很大的影响。

目前机器人中使用的减速器主要有三种：

精密行星减速器、RV减速器和谐波减速器。

谐波减速器和RV减速器因为具有很高的传动效率和精度，在机器人中的使用较多。

RV减速器是有两级减速的7全封闭式摆线针轮减速器，具有减速比大、同轴线传动、传动精度高、刚度大等特点，适用于负载大、速度高和精度高的场合。

谐波减速器是利用行星齿轮传动原理发展而来的新型减速器，也具有传动比大、传动精度高、体积小、重量轻等优点，而且制造成本相对前者要低很多。

在SCARA机器人中，谐波减速器的应用更为广泛。

2.1.2SCARA机器人各关节的装配结构机器人各关节的装配结构大臂（A轴）的装配结构见图2-2。

图2-2第一自由度剖面图1.轴2.轴承套3.轴承4.外壳5.拧紧螺丝6.端盖7.电机小臂（B轴）的装配结构图2-3。

8图2-3第二自由度结构图1.底部端盖2.套杯3.大臂4.旋转轴5.小臂6.步进电机7.电机轴（输出轴）8.内六角螺丝钉9.深沟球轴承10.小圆螺母11.内六角螺钉2.1.3SCARASCARA机器人腕部关节的运动机器人腕部关节的运动手腕部关节结构装配图如图2-49图2-4第三、四自由度结构示意图1.小臂2.支撑架3.筋板4.丝杠轴5.丝杠螺母6.连接板7.步进电机8.可移动板9.小带轮10.同步带11.小圆螺母12.套筒13.大带轮14.直线导轨15.滑块16.步进电机17.电机轴18.电机连接板19.连接件20.深沟球轴承21.套杯22.透盖23.主轴24.气动夹头102.2SCARA机器人的机器人的运动学分析运动学分析2.2.1机器人位姿的数学描述机器人位姿的数学描述1.位置描述位置描述要想完全定位一个刚体，只需要确定刚体上某一点在空间的位置和姿态即可。

假设某一刚体上任意一点为p，那么在直角坐标系A中这个刚体的位置可以用一个31的列矢量AP表示，如式（2.1）所示。

xyzpppp（2.1）式中，,xyzppp是p点在坐标系A中的对应坐标值，如图2-6所示。

图2-6刚体在空间中的位姿2.方位描述