3505四自由度SCARA机器人结构设计Word格式.docx

1、国外：在国外，应用于制造业的机器人取得了较显著进展，已成为一种标准设备而得 到工业界广泛应用， 从而也形成了一批在国际上较有影响力的、 知名机器人公司。 如德国的 KUKA瑞典的ABB日本的安川等。据专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的 一种新的大型高技术产业。 据联合国欧洲经济委员会（UNECE和国际机器人联合会（IFR）的统 计， 2002 年至 2004 年，世界机器人市场年增长率平均在 10%左右， 2005 年达到创纪录的 30%，2007年全球机器人实际安装量达到 650万台，机器人安装量比2006年增加3%达到了 114365台。据统计，近年来全球机器人行业发展迅速，

2、2008年全球机器人行业总销售量比 2006年增长25%。而无论在使用、生产还是出口方面，日本一直是全球领先者，目前日本已经有130余家专业的机器人制造商。 世界各国主要行业对机器人的需求详人已应用在汽车制造厂的焊装线上，我国现有机器人研究开发和应用工程单位 200多家，其中从事机器人研究和应用的有75家，共开发生产各类机器人约 3000多台，90%以上用于生产，引进机器人做应用工程的约1000多台。在国内，机器人产业刚刚起步，但增长的势头非常强劲，我国机器人 经过20多年的发展已在产业化的道路上迈开了步伐。近几年，我国应用于制造业的机器人 及自动化生产线和工程项目、相关产品的年产销额已近五亿

3、元。1.3SCARA机器人简介SCARA机器人（如图1 一 1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， 是一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，一个是移动自由度。 3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 p,和pZ,及移动关节的位移 Z来决定的。这类机器人结构轻便、响应快，例如 Adeptl型SCARAB器人的运动速度可达 10m/S, 比一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1 一 1SCARA机

4、器人SCARAB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。1.4 项目研究的主要内容本课题是要设计一个教学 SCARA机器人。作为工业机器人的 SCAR/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 RV减速机，由这些部件构成

5、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 一定的精度即可。 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 熟的一项传动技术。 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。项目研究的总体步骤是

6、: 选出最优传动方案一一关键零部件选型一一机械系统三维建模一一零部件工程图和总装图1.5 拟解决的关键问题（1） 抗倾覆力矩问题的解决。SCARA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。（2） 运动要灵活，升降运动的导套长度不宜过短，否则可能产生卡死现象；一般要有导 向装置。结构布置要合理，便于装修。第二章 SCARA 机器人结构设计近年来，工业机器人有一个发展趋势 : 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、检测系统三位一体化 ; 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

7、品问市。本章介绍模块化的设计方法在 SCARA机器人的结构设计中的应用。2.1 SCARA机器人的总体设计SCARA机器人设计的技术参数应符合设计要求，其结构要符合机械设计原理。首先要 确定其运动空间、外形尺寸及设计方案。2.1.1 SCARA机器人的技术参数机构形态平面关节式（SCARA型）自由度4负载能力 3 Kg重复定位精度 0.1mm动作范围关节I转动0 200关节H转动0 180关节山升降0 150mm关节W转动0360最大速度180 /S6040mm/S120 /s关节I长度190mm关节H长度210mm关节山行程150mm最大展开半径400mm高度680mm本体重量 S其它轴用相同方法计算，结果都满足要求F_