SCARA机器人实验指导书.docx
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SCARA机器人实验指导书
SCARA机器人实验指导书
SCARA教学机器人简介
KLD—400教学机器人有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平面的运动。
手腕参考点的位置由两旋转关节的角位移Ф1和Ф2，及移动关节的位移Z决定的，即P＝f（Ф1，Ф2，Z），SCARA教学机器人为平面关节型机器人，本机器人采用伺服电机和步进电机驱动，控制简单，编程方便,
KLD—400教学机器人是专为满足高等院校机电一体化、自动控制等专业进行机电及控制课程教学实验需要和相关工业机器人应用培训需要而最新开发的四自由度机器人，它是一个多输入多输出的动力学复杂系统，是进行控制系统设计的理想平台；它具有高度的能动性和灵活性，具有广阔的可达空间，是进行运动规划和编程系统设计的理想对象。
除教学和培训外，KLD—400还可用于细小零件的搬运和电子元件的装配等工业作业。
系统特点
●机构采用平面关节型（SCARA）结构，按工业标准要求设计，速度快、柔性好；
●采用交流伺服电机和谐波减速器等，模块化结构，简单、紧凑，完全满足实验的要求；
●控制系统采用Windows系列操作系统，二次开发方便、快捷，适于教学实验;
●提供通用机器人语言编程系统，可通过图形示教自动生成机器人语言等程序；
●提供实验教材，内容涵盖机器人运动学、动力学、控制系统的设计、机器人轨迹规划等。
用户可以从中选择相关内容满足不同层次的教学实验需要。
●性价比高；适于在高等院校大范围推广。
系统配置
●硬件平台：
KLD—400系列伺服运动控制器和微机平台（PC用户自备,带ISA插槽）
●软件平台：
1）Windows操作系统；2）KLD—400机器人图形示教软件
技术参数
结构形式
平面关节式（SCARA型）
负载能力
1kg
运动精度（脉冲当量/转）
关节1
12800
关节2
12800
关节3
800pulse/mm
关节4
1600
未端重复定位精度
±0.1mm
每轴最大运动范围
关节1
0~270°
关节2
0~200°
关节3
0~60mm
关节4
0~345°
每轴最大运动速度
关节1
0.5rad/S
关节2
0.5rad/S
关节3
6mm/S
关节4
3.14rda/S
最大展开半径
335mm
高度
480mm
本体重量
≤25Kg
几何尺寸
关节1（长度）
200mm
关节2（长度）
135mm
关节3（行程）
60mm
控制方式
PTP/CP
操作方式
示教再现
供电电源
二相220U、50HZ
安装要求
安装方式
水平安装
安装环境
温度：
0~45℃湿度：
20~80％RH（不能结露）
震动：
0.5G以下避免接触易燃腐蚀性液体或气体，远离电气噪声源
软件界面
实验一 SCARA机器人的运动学分析
一、实验目的：
1.理解SCARA机器人运动学的D-H坐标系的建立方法；
2.掌握SCARA机器人的运动学方程的建立；
3.会运用方程求解运动学的正解和反解；
二、实验原理：
1．SCARA机器人齐次坐标系的建立：
Y2Y3
图1SCARA机器人的D-H连杆坐标系的建立
采用Denavit-Hartenberg运动学表示法建立坐标系。
SCARA机器人属于平面关节式机器人，各连杆坐标系如图1。
相应的连杆参数列于表1，表中θ1、θ2、d3、θ4为关节变量。
表1SCARA机器人的杆件参数
连杆
变量
αn-1
an-1
dn
cosαn-1
sinαn-1
1
θ1
0
0
0
1
0
2
θ2
0
l1
0
1
0
3
0
0
l2
d3
1
0
4
θ4
0
0
0
1
0
设与机器人机座相固连的坐标系统O0X0Y0Z0为参考坐标系，每个杆件上固连一个坐标系统，即为动坐标系，从而根据表1各杆件之间的关系，可写出相应的位姿变换矩阵（记为n-1Tn），如下所示：
（1-1）
（1-2）
（1-3）
（1-4）其中：
ci=cosθi,，si=sinθi
2．SCARA机器人的正运动学分析
机器人运动学只涉及到物体的运动规律，不考虑产生运动的力和力矩。
机器人正运动学所研究的内容是：
给定机器人各关节的角度，计算机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态问题。
各连杆变换矩阵相乘，可得到机器人末端执行器的位姿方程（正运动学方程）为：
=
（1-5）
式1-5表示了SCARA手臂变换矩阵
，它描述了末端连杆坐标系{4}相对基坐标系{0}的位姿，是机械手运动分析和综合的基础。
式中：
3．SCARA机器人的逆运动学分析
已知机器人末端的位置和姿态，求机器人对应于这个位置和姿态的全部关节角，以驱动关节上的电机，从而使手部的位姿符合要求。
与机器人正运动学分析不同，逆问题的解是复杂的，而且具有多解性。
1）.求关节变量θ1
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