SCARA平面关节式装配机器人的设计与研究.pdf

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1、洼压斜技大学论文题目：SCARA平面关节式装配机器人的设计与研究学科门类：工学一级学科：机械工程培养单位：机电工程学院硕士生：郑国穗导师：卢军教授2014年5月DESIGNANDRESEARCHoNSCARAPLANARARTICULATEDASSEMBLYRoBOTAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEn越neerin2ScienceByGuosuiZhengSupervisor：Prof．

2、JunLuMay2014SCARA平面关节式装配机器人的设计与研究摘要自进入21世纪，工业化的发展日新月异，自动化的生产水平也日趋提高，随之产生的工业机器人的应用也越来越广泛，尤其是在焊接、装配、搬运、喷涂和码垛等工业应用领域发挥着越来越重要的作用。针对搬运小型零件并进行装配的工作需求，本文设计一种SCARA工业机器人，SCARA(SelectiveComplianceAssemblyRobotArm)为在选择方向具有柔顺性的装配机器人，与一般的关节型机器人相比，在平面上具有很好的灵活性，而在与平面垂直的方向具有很高的刚性，对于在平面运动的装配作业非常适用。本课题完成了SCARA机器

3、人的的整体结构设计，并对关键结构进行了改进设计计算；对轨迹规划进行了相应的运动学仿真；设计了基于专用运动控制器的运动控制系统；初步完成满足实验室要求的总体设计。其中，针对搬运小型零件并进行装配的工作需求，遵循自下而上的设计原则，在Solidworks环境下完成了机器人的结构设计，确定适用于本设计的传动方案，进一步完善了驱动系统，另外对关键零部件进行了设计计算及选型，论证了该设计的合理性及可行性，为以后的加工制造及装配奠定了基础，初步完成机械系统的构建。运用ANSYSWorkbench建立了SCARA机器人大臂的有限元模型，对大臂结构进行了静力学分析，得到应力云图和位移云图；并通过模态

4、分析，得到l一6阶模态振型图，证明了大臂的精度和刚度满足设计要求。基于D．H法对机器人进行运动学建模，得到正、逆运动学模型的运动学方程。采用关节空间法对机器人的轨迹规划进行研究与生成，以三次多项式函数插值为例，结合本设计，对机械手的某一关节进行了计算与规划，得到相应的轨迹函数。利用Solidworksmotion仿真软件进行运动学的仿真，验证了轨迹函数的正确性。在机械系统总体设计的基础上，结合实验室现有的运动控制器，对机器人的运动控制系统进行了设计，以“PC+运动控制器”的结构来实现机器人的动作，介绍了DMC5400专用运动控制卡的性能以及基于C++Builder6．0软件的编程工具

5、，实践证明该结构在稳定性、可靠性以及在工业现场的抗干扰性方面发挥着极好的作用。关键词：SCARA，装配机器人，结构设计，运动控制系统，轨迹规划IIDESIGNANDRESEARCHoNSCARAPLANARARTICULATEDASSEMBLYRoBoTABSTRACTSincethe21stcentury,withtherapiddevelopmentofindustrialization，theproductionlevelofautomationisincreasingdaybyday，SOthattheapplicationofindustrialrobotisbecomin

6、gmoreandmorewide，andplaysaparticularlyimportantroleinwelding，assembly，handling，paintingandpalletizingindustrialapplications．Consideringthattheworkrequirementisforhandlingsmallpartsandforassembly，akindofSCARAindustrialrobotcouldbedesigned，SCARA(SelectiveComplianceAssemblyRobotArm)istherobotassem

7、blythathaveflexibilityinchoosingthedirection，comparingwiththegeneralarticulatedrobot，ithaveagoodflexibilityontheplane，andhaveahighrigidityinperpendiculardirection，andisquitesuitableforthemovementoftheassemblyoperation．Inthethesis，