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一种基于SCARA机器人机械结构设计1.引言SCARA是一种广泛应用于组装、包装和材料搬运等领域的工业机器人。
它的机械结构采用四条约束自由度，能够实现平面内的三个自由度运动，具有精准定位和高重复精度的特点。
本文将针对SCARA机器人的机械结构进行设计和优化。
2.设计目标（1）实现精准定位：SCARA机器人需要能够准确地定位和操作目标物体，因此机械结构设计要具有足够的刚度和精度。
（2）高重复精度：SCARA机器人通常用于重复性高的工作，要求机械结构设计能够精确重复运动。
（3）简洁合理：机械结构设计要尽量简洁，以减少成本和维护难度。
（1）运动平台：SCARA机器人的运动平台通常采用平行四边形结构，能够实现水平平移和垂直运动。
运动平台需要具有足够的刚度和精度，通常采用铝合金材料制作，表面进行硬质阳极氧化处理以增加硬度和耐腐蚀性。
（2）臂部结构：SCARA机器人的臂部结构由两条平行的支撑臂组成，支撑臂之间通过一个转动关节连接。
转动关节需要具备足够的承载能力和刚度，通常使用精密轴承。
支撑臂的长度需要根据工作需求进行合理设计，过长的臂部会降低机器人的刚度和精度。
（3）手腕结构：SCARA机器人的手腕结构为一个转动关节，用于实现末端执行器的旋转操作。
手腕结构需要具备足够的承载能力和刚度，通常使用精密轴承。
同时，手腕结构需要足够灵活，以方便对目标物体进行操作。
4.结构优化为了进一步提高SCARA机器人的性能，可以对机械结构进行优化。
优化的目标包括降低结构重量、提高刚度和精度、增加载荷能力等。
（1）结构轻量化：可以采用轻质材料替代部分结构件，例如碳纤维复合材料，以降低结构重量，提高机械自由度的加速度和速度。
（2）增加刚度：可以通过加大结构截面尺寸，增加结构件数量等方式增加机械结构的刚度，以降低机械结构的振动和变形，提高定位精度。
（3）优化传动系统：可以对机械传动系统进行优化，例如采用精密减速机、滚珠丝杠等，以提高传动效率和精度。
scara机器人结构原理小伙伴们！今天咱们来唠唠SCARA机器人，这可是个超有趣的家伙呢！SCARA机器人啊，它的全名是Selective Compliance Assembly Robot Arm，也就是选择性柔顺装配机器人手臂。
你看这名字，就感觉它很有个性吧。
咱们先从它的外观结构说起。
SCARA机器人长得有点像一个机械手臂，有几个关节连接着不同的部分。
它的基座就像是它的大脚丫，稳稳地站在那里，这个基座可重要啦，它要给整个机器人提供支撑，就像我们人站在地上一样踏实。
然后是它的手臂部分。
它的手臂一般有两个关节，这两个关节就像是我们手臂的肘关节和肩关节一样，可以灵活地转动。
这两个关节的设计很巧妙哦，它们让机器人的手臂可以在平面内做各种动作。
比如说，它可以快速地伸出去，就像你伸手去拿远处的东西一样，而且还能很精准地定位。
这种精准度可不得了，就像一个神射手，每次都能准确地击中目标。
再说说它的末端执行器。
这就相当于机器人的手啦。
这个“手”可以根据不同的任务换上不同的工具，比如说，如果要做装配工作，就可以装上一个小夹子，像小镊子一样，把那些小零件稳稳地夹起来，然后准确地放到该放的地方。
如果是要做搬运工作呢，这个“手”可能就变成一个小吸盘，就像章鱼的触手一样，把东西吸起来搬走。
那SCARA机器人为什么能这么灵活地运动呢？这就涉及到它的原理啦。
它的关节里面有电机，电机就像是机器人的小肌肉，给关节提供动力，让关节可以转动。
而且这些电机的控制可精确啦，就像一个很有耐心的老师傅，一点点地调整关节的角度。
在它的关节处还有一些传感器呢。
这些传感器就像是机器人的小眼睛和小耳朵，它们可以感知到手臂的位置、速度还有受力情况。
比如说，当机器人的手臂快要碰到什么东西的时候，传感器就会告诉机器人：“前面有东西啦，小心点！”这样机器人就可以及时调整自己的动作，避免碰撞。
SCARA机器人在很多地方都发挥着大作用呢。
在工厂里，它可是个装配小能手。
1.1 SCARA机器人的现状、发展SCARA （平面关节型）机器人是一种精密型装配机器人，在水平方向具有顺应性，在垂直方向具有很大的刚性，具有速度快、精度高、柔性好等特点，采用伺服电机驱动，可应用于电子、机械和轻工业等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作。
迄今为止，SCARA机器人仍被认为是自动加工生产中不可或缺的元素。
在各种自动机械手臂的选择中，SCARA是被广泛认可的。
由于它的速度、成本效率、可靠性和在工作过程中的小轨迹，使它在很多的工作中仍然是最好的机器人，比如：分配、装载、包装、安放以及装配和码跺等。
近年来，其有效载重能力的提高，对智能系统地整合以及末端感应器种类的增加等因素都很好的扩展了SCARA机器人的应用。
但是，对于机器人的控制大部分仍是以嵌入式单片机为核心的，其运算速度和处理能力远不能满足机器人控制系统飞速发展的需要，日益成为阻碍机器人技术进步的瓶颈。
随着以电子计算机和数字电子技术为代表的现代高技术的不断发展，尤其是高速度数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）的出现,从根本上解决了嵌入式系统运算能力不足的问题，并为机器人运动控制系统的改进提供了新的途径。
该设计正是从这一点出发，选用控制能力很强的DSP芯片作为机器人控制器的主处理器，设计出一套功能强大、使用方便的机器人运动控制系统，从根本上解决了单片机带来的各种问题。
1.2运动控制器的现状、发展目前，国内外的运动控制器大致可以分为3类：（1）以单片机或微处理器作为核心的运动控制器。
这类运动控制器速度较慢，精度不高，成本相对较低。
在一些只需要低速点位运动控制和对轨迹要求不高的轮廓运动控制场合应用。
（2）以专用芯片（ASIC ）作为核心处理器的运动控制器。
这类运动控制器结构比较简单，但这类运动控制器大多数只能输出脉冲信号，工作于开环控制方式。
这类控制器对单轴的点位控制场合是基本满足要求的，但对于要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制的设备，这类运动控制器不能满足要求。
SCARA型装配机械手结构设计一、引言随着自动化生产的迅速发展，机械手作为一种具有高精度、高速度和高可靠性的自动化装配设备，被越来越多的企业所应用。
SCARA型机械手由于其特殊的结构和工作方式，被广泛应用于装配线、零部件加工和食品加工等领域。
本文将从SCARA 型机械手的结构设计和应用方面进行介绍和分析。
二、SCARA型机械手的结构SCARA型机械手简称为“SCARA”机械手，其名称为Selective Compliance Assembly Robot Arm。
SCARA机械手具有两个旋转自由度和一个平移自由度，可以进行三维空间内的快速准确运动。
它通常被用于装配和加工过程中，特别是在小零件的处理过程中。
SCARA机械手的基本结构如图1所示，包括三根杆和一个平移单元，其中一个是基座，一个是外臂，另一个是内臂。
基座上固定有两个旋转机构，分别控制着外臂和内臂的旋转，内臂与外臂之间通过平移机构连接，控制着机械手在竖直方向上的移动。
图1 SCARA型机械手结构示意图SCARA型机械手的结构设计需要考虑以下几个方面：1. 动力学分析机械手的动力学分析是机械手结构设计的基础。
通过对SCARA机械手动力学性能的分析，可以确定机械手的驱动器匹配方案，提高机械手的运动性能。
2. 选材SCARA机械手的零部件选材需要考虑其性能、刚度和重量等因素。
对材料的选取要遵循微小惯量原则，以保证机械手在高速运动时有足够的刚性和振动的抗扰性。
3. 运动控制SCARA型机械手控制器是机械手结构设计的核心。
机械手运动控制器必须保证高精度和高速度的动作，以满足各种应用的需要。
三、SCARA型机械手的应用SCARA型机械手在制造业和其他领域中应用广泛。
以下为SCARA型机械手的主要应用：1. 自动化装配SCARA型机械手可用于高精度、高速度的零部件自动装配。
在电子工业、汽车工业、医疗器械行业等领域中，SCARA型机械手均得到广泛应用。
2. MDI加工在高速度机器工艺中，需要对工件进行微小的切削和加工。
SCARA工业设计计算说明书SCARA工业设计计算说明书1、引言这个文档旨在提供关于SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）工业的设计和计算的详细说明。
本文档将涵盖的设计原理、运动学计算、动力学计算、控制系统、安全性考虑以及其他相关内容。
2、设计原理2.1 结构设计在设计SCARA工业时，需要考虑的结构类型和材料选择。
此章节将详细描述SCARA的结构设计原理和相关参数。
2.2 运动学原理SCARA的运动学是学中重要的一部分。
此章节将详细讲解运动学原理，包括正逆运动学计算、坐标系选择以及关节角度计算等。
3、运动学计算3.1 正逆运动学计算本章节将介绍SCARA的正逆运动学计算方法及其实际应用。
详细讲解的坐标变换、关节角度计算和工具路径规划等内容。
3.2 轨迹规划在SCARA的应用中，轨迹规划是一个关键的部分。
本章节将介绍常见的轨迹规划算法，并讨论其适用性和实施方法。
4、动力学计算4.1 驱动系统驱动系统是SCARA的核心组成部分之一。
本章节将详细讨论驱动系统的设计和计算，包括电机选择、减速器设计和动力学参数计算等。
4.2 动力学模型动力学模型是的关键组成部分之一。
本章节将介绍SCARA的动力学模型，并详细讨论重要的动力学参数计算和应用方法。
5、控制系统控制系统是SCARA实现精准控制和运动的关键。
本章节将介绍常见的控制系统设计原则和方法，包括PID控制、运动控制算法和通信接口设计等。
6、安全性考虑为了保证SCARA的安全性和人机合作能力，在设计过程中需要考虑相关的安全性因素。
本章节将详细讨论安全性设计原则和相关的安全性机制。
7、其他相关内容本章节将包括SCARA的应用领域、未来发展趋势、经济性评估以及其他相关内容。
附件：本文档涉及的附件包括示意图、计算表格和相关参考资料等。
法律名词及注释：1、SCARA：Selective Compliance Assembly Robot Arm，选择性顺应性装配手臂。
摘要通过对机械设计、制造及其自动化专业课程的学习，总结大学四年所学的知识，对机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，以及实际操作中的应用情况，设计了一种SCARA的机械手。
重点针对机械手的手爪、手腕、手臂、腰座等各部分机械结构以及机械手的密封性进行了详细的设计。
关键词：SCARA机械手，自由度，密封性AbstractBased on the mechanical design, manufacturing and automation professional courses, reviewing the study four years of university knowledge, discussion and analysis of the manipulator mechanical structure and function of each part, and the actual operation of the application, the design of a SCARA manipulator. The mechanical design of manipulator, wrist, arm, waist seat, and the tightness of manipulator are mainly discussed in detail.Key Words：SCARA manipulator, degree of freedom, sealing property目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论 (5)1.1 引言 (5)1.2国内外机器人领域研究现状及发展趋势 (5)1.3SCARA机器人简介 (6)1.4 平面关节型机器人关键技术 (7)1.4.1 操作机构设计与传动技术 (7)1.4.2 机器人计算机控制技术 (8)1.4.3 检测传感技术 (9)1.5 主要研究内容及意义 (10)1.6 课题要求及本文主要工作 (10)1.6.1 课题要求 (10)第2章机械手总体结构分析 (11)2.1机械手总体设计 (11)2.1.1 机械手设计原则 (11)2.1.2 机械手本体的模块化设计 (12)2.1.3 机械手本体的模块化设计 (12)2.2机械手驱动方案 (13)2.2.1 机械手驱动方式 (13)2.2.2 控制电机的类型、特点 (13)2.3机械手转动关节设计 (14)2.4机械手移动关节设计 (15)2.5滚珠丝杠选型设计与计算 (15)2.6本章小结 (18)第3章转动关节设计计算 (20)3.1 转动关节减速机的设计计算 (20)3.2 电机的设计计算 (20)3.3 同步齿形带的设计计算 (21)第4章机械手的密封性设计 (24)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)第1章绪论1.1 引言机器人技术是集计算机、控制论、机械论、信息与传感技术、人工智能、仿生学等学科于一体的高新技术。
SCARA机器人装配及结构设计一、SCARA机器人的结构设计1.底座：SCARA机器人的底座是机器人的支撑结构，通常由坚固的金属材料制成，以确保机器人的稳定性和刚性。
2.铰链臂：SCARA机器人的铰链臂由几个关节连接而成，可以实现自由度的运动。
通常，它由两个旋转关节和一个平移关节组成。
旋转关节负责机器人的水平旋转运动，而平移关节负责机器人的垂直运动。
3.终端执行器：SCARA机器人的终端执行器通常是机器人手臂的工作部分，用于进行装配和包装等操作。
根据不同的应用需求，终端执行器可以是夹子、吸盘或工具握持器等。
4.控制系统：SCARA机器人的控制系统通常由电脑和控制器组成，用于控制机器人的运动。
控制系统可以根据预设的程序和传感器反馈的信息来进行调整和控制。
二、SCARA机器人的装配过程1.连接底座：首先，将机器人的底座与工作平台或其他支撑结构连接，确保机器人的稳定性和安全性。
2.安装铰链臂：将机器人的铰链臂插入底座上的旋转关节，并用螺丝固定。
确保旋转关节可以自由旋转，但又不会摇晃或松动。
3.安装平移关节：将机器人的平移关节连接到铰链臂的末端，并用螺丝固定。
确保平移关节可以平稳地移动，但又不会滑动或卡住。
4.安装终端执行器：根据不同的应用需求，选择适当的终端执行器，并将其连接到机器人的平移关节上。
确保终端执行器可以牢固地固定在平移关节上，并具有良好的操作性能。
5.连接控制系统：将机器人的控制系统与电脑和控制器连接，确保机器人可以接收和执行指令。
同时，连接必要的传感器和开关，以确保机器人的安全性和操作性能。
6.校准和测试：完成机器人的装配后，进行校准和测试。
校准包括机器人的零点位置校准、关节运动范围校准等。
测试包括机器人的运动测试、负载测试、精度测试等。
通过校准和测试，确保机器人能够正常工作并达到预期的性能。
总结：SCARA机器人是一种常见的装配机器人，其结构设计和装配过程需要注意机器人的稳定性、可靠性和操作性能。
目录摘要 (I)ABSTRCT (II)1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2机器人的定义及特点 (1)1.2.1 机器人的定义 (2)1.2.2 机器人的特点 (3)1.3机器人的构成及分类 (4)1.3.1 机器人的构成 (4)1.3.2 机器人的分类 (5)1.4机器人的应用与发展 (7)1.4.1 机器人的应用 (7)1.4.2 机器人的发展 (9)1.5本文的研究内容 (11)2 SCARA机器人的研究意义和原理设计 (13)2.1SCARA机器人的研究意义 (13)2.2SCARA机器人的特点 (14)2.3SCARA机器人传动方案的确定 (15)3 吸盘式SCARA机械臂驱动设计 (18)3.1机器人驱动方案的对比分析及选择 (18)3.2各自由度步进电机的选择 (19)3.2.1 第一自由度步进电机的选择 (20)3.2.2 第二自由度步进电机的选择 (21)3.2.3 第三自由度步进电机的选择 (22)3.2.4 第四自由度步进电机的选择 (23)4 吸盘式SCARA机械臂集成模块化机构设计 (25)4.1同步齿形带传动设计 (25)4.1.1 求出设计功率Pd (25)4.1 2 选择带的节距 (25)4.1 3 确定带轮直径和带节线长 (25)4.2丝杠螺母设计 (29)4.2.1 丝杠耐磨性计算 (29)4.2.2 丝杠稳定性计算 (30)4.2.3 丝杠刚度计算 (30)4.2.4 丝杠和螺母螺纹牙强度计算 (31)4.2.5 螺纹副自锁条件校核 (32)4.3各输出轴的设计 (32)4.3.1 机身输出轴设计 (32)4.3.2 大臂输出轴设计 (32)4.4壳体设计 (34)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)吸盘式Scara机械臂结构设计摘要在装配机器人中，平面关节型装配机器人(即SCARA型)是应用最广泛的一种装配机器人。
本文设计的SCARA机器人既可以用于实际生产，又可以用于教学实验和科学研究。
SCARA机器人机械结构设计本文设计了一个结构简单、传动精度高、操作方便的可以实现用多种控制方式(PC的远程控制，单片机的控制，开关量的控制等）控制的SCARA 型机器人。
1 机器人机械臂的主要性能参数及计算基本参数(1) 抓重：≤4kg(2) 自由度：4(3) 运动参数：大臂：±90。
(回转角度)，角速度≤30。
/s小臂：±60。
，角速度≤15。
/s手腕回转：±180。
，角速度≤60。
/s手腕升降：100mm(升降距离)，线速度≤0.01m/s主要参数计算(1)第三关节采用同步齿形带传动，其参数计算如下：设计功率P d=K a P=0.32W(查表取K a=1.6[2]；P=FV=0.2W；皮带的线速度为0.01m/s,，皮带负载为20N)同步带的尺寸参数可根据设计功率和带轮转速及行程而定。
(2)步进电机的选型计算机械臂的每个关节都是步进减速电机驱动的（如图1所示）。
现以第三个自由度的电机为例说明电机选择的方法。
启动转矩T=2Jw+QV=0.2N·m( 角速度ω转动惯量J=7.8×10－7kg·m2,负载质量=5.3r/s2,Q=2kg,同步带及负载的线加速度ν=5.3×0.011m/s2)考虑阻力等因素选择的步进减速电机的启动转矩为0.2N·m×2)=0.4N·m。
所以电机的启动转矩应该≥0.4 N.m。
以同样方式计算的电机的启动转矩为：底座电机》0.6 N.m第二关节电机≥0.5N.m手腕回转电机≥0.1N.m2机械臂结构的设计[3]2.1 总体结构本机械臂的设计根据应用的要求把机构的可靠性和结构简单作为设计的第一位考虑。
从方案的确定，总体的设计，元器件的选用方面都遵循了以上的原则，确保了机械臂可靠正常的工作，同时具备良好的经济性和可维护性。
根据上述设计的原则，本机械臂采用了4关节的机械结构，即4自由度机器人.具体包括底座、大臂、小臂、腕部。
SCARA工业机器人设计Scara是一种四自由度机器人，用来处理需要水平和垂直运动的任务。
它是一个广泛应用于工业生产线的机器人，具有高精度和高稳定性的特点。
本文将重点介绍SCARA工业机器人的设计。
首先，SCARA机器人由基座、纵臂、横臂和末端执行器组成。
基座是机器人的固定部分，提供了机器人的稳定性和支撑。
纵臂连接在基座上，并可实现竖直方向的运动。
横臂连接在纵臂上，并可实现水平方向的运动。
末端执行器则连接在横臂上，用来完成具体的操作任务。
其次，SCARA机器人的设计需要考虑的因素很多。
首先是机器人的精度要求。
由于SCARA机器人广泛应用于装配和加工领域，因此精度是一个非常重要的考虑因素。
在机器人的设计过程中，需要选择合适的驱动系统和传感器来保证机器人的精度。
其次是机器人的工作范围。
SCARA机器人的工作范围决定了它能够处理的具体任务。
在设计过程中，需要根据实际需求来确定机器人的工作范围，并选择合适的机械结构和控制系统来实现。
此外，机器人的稳定性也是一个重要考虑因素。
特别是在高速运动或负重任务中，机器人的稳定性对于保证机器人的正常工作非常重要。
在设计过程中，需要选择合适的结构和材料来提高机器人的稳定性。
最后，SCARA机器人的设计还需要考虑机器人的控制系统。
机器人的控制系统决定了机器人能够完成的任务和运动方式。
在设计过程中，需要选择合适的控制系统和编程工具来实现机器人的自动化操作。
综上所述，SCARA工业机器人的设计需要考虑精度、工作范围、稳定性和控制系统等多个因素。
在设计过程中，需要综合考虑这些因素，并选择合适的驱动系统、传感器、机械结构和控制系统来实现机器人的设计需求。
随着工业自动化的不断发展，SCARA工业机器人将会在更多领域发挥重要作用。
四自由度SCARA机器人结构设计第一章绪论1.1 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。
机器人应用水平是一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，是一种仿人操作、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2.89%。
其次是电器制造业，约占16.4%，而化工业则占11.7%。
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、教育科研及一些极限领域等非制造业。
一般来说，机器人系统可按功能分为下面四个部分川:（1）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。
（2）动力部分:包括电源、电动机等执行元件及其驱动电路。
（3）检测传感装置:包括传感器及其相应的信号检测电路。
（4）控制及信息处理装置:由硬件、软件构成的机器人控制系统。
1.2 国内外机器人领域研究现状及发展趋势1、总体来说：（1）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91年的10.3万美元降至2005年的5万美元。
（2）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品问市。
(3)工业机器人控制系统向基于CP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。
一种基于SCARA机器人机械结构设计首先，SCARA机器人的机械结构包括垂直手臂、水平前臂、竖直旋转节与水平旋转腕。
垂直手臂通过竖直旋转节与基座相连，水平前臂通过水平旋转腕与垂直手臂相连。
这种机械结构使得SCARA机器人可以在一个平面内进行工作，具有大范围的工作空间和较高的定位精度。
其次，SCARA机器人的垂直手臂和水平前臂采用直线导轨结构，以确保其运动平稳和精度高。
直线导轨采用滚珠滑块和滑轨的结构，可以减小机械零件之间的摩擦，提高机器人的工作速度和精度。
此外，SCARA机器人还配备了用于控制手臂运动的伺服电机和减速器。
伺服电机通过减速器将电机的高速旋转转换为手臂低速运动，以提供较高的扭矩和精确的位置控制。
在机器人末端还安装了工具夹持装置，用于抓取和操作工件。
工具夹持装置通常采用气动或电动夹持器，以实现对工件的抓取、放置和移动等操作。
此外，为了提高机器人的安全性和生产效率，SCARA机器人还配备了用于检测和监控环境的传感器。
例如，机器人可以配备视觉传感器用于检测和识别工件的位置和形状，在操作过程中进行视觉引导和校正。
最后，SCARA机器人的机械结构设计还应考虑机器人的结构紧凑和可靠性。
为了减小机器人的体积，可以采用紧凑的设计，并合理布局机器人的各个部件。
同时，机器人的各个部件也应具有足够的刚度和耐久性，以保证机器人在工作过程中的稳定性和可靠性。
总之，基于SCARA机器人机械结构设计需要考虑机器人的工作范围、精度、速度、安全性和可靠性等因素。
通过合理布局和选择适当的材料和部件，可以设计出性能优良的SCARA机器人，实现高效的工业生产和生活服务。
SCARA平面机器人5公斤组：手腕1一、本组的结构示意图图1：scara平面机器人设计结构图即如图1所示，本组作品需要安装四个电机，即四个自由度。
二、电机选择在机电一体化产品的运动控制中，很多情况下都以控制电机作为其动力驱动装置，控制电机实在普通旋转电机的基础上发展起来的一种小功率电机，其基本原理与普通旋转电机并无本质区别，但是，普通电机的主要功能是完成能量的转换，注重点击在启动，运行和制动等方面的性能指标；而控制电机输出功率小，具有以下一些基本要求。
（1）体积小、重量轻、响应速度快。
（2）位置控制精度要求高、调速范围广、稳定性好。
（3）适用于启、停频繁的工作要求。
（4）可靠性高。
由于考虑到尺寸、价格、功率、驱动力等因素，本组决定采用松下伺服电机来执行，下图是松下电机的型号命名方式图2：电机命名规则电机选择情况三、控制器选择1.选用准则由于机电一体化技术的应用范围很广，复杂程度也不一样，因此有各种各样的控制器。
设计机电一体化控制系统，选用的控制器类型通常有三种：可编程控制器（PLC），单片机和标准的工业控制计算机。
在上课以及网上查找资料了解了各种控制器的特点后，知道了在选择控制器之前要考虑到是采用专用控制器还是通用控制器，以及硬件和软件如何协调工作这两个问题，专用控制器适合于大批量生产已经定型额机电一体化产品。
在开发新产品时，如果对产品的体积、重量、价格等有严格的要求，应考虑使用嵌入式控制器，专用控制器的设计，需要从电路板制作、电子元器件、安装调试等坐骑，对设计人员的要求高，开发周期长，开发成本高且风险大。
2.品牌与型号本组决定采用翠欧（TRIO）运动控制器，型号MC206X，翠欧（TRIO）运动控制器是一种通用型控制器，可实现：直线、圆弧、螺旋线插补、电子凸轮、电子齿轮、多轴同步、虚拟轴等功能，与驱动器接口方式多样：RS232、485、以太网、Modbus、DeviceNET、Profibus、Sercos和通用伺服接口等。
4-DOF SCARA 机器人结构设计与运动模拟学生姓名：班级：指导老师：摘要：工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。
本文设计了一个工业用SCARA机器人。
SCARA机器人(全称Selectively Compliance Articulated Robot Arm)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。
它是一种工业机器人，具有四个自由度。
其中，三个旋转自由度，另外一个是移动自由度。
它能实现平面运动，具有柔顺性，全臂在垂直方向的刚度大，在水平方向的柔性大，广泛用于装配作业中。
本文用模块化设计方法设计了SCARA机器人的机械结构。
分析了SCARA 机器人的运动学正解和逆解，建立了机器人末端位姿误差计算模型并做了运动模拟。
关键字: SCARA 位姿误差指导老师签名：4-DOF SCARA robot design and motion simulation Student name：ZhangJinQiang Class：0881053Supervisor：XuYingAbstract ：Industrial robot is the most typical mechatronic digital equipment, added value and high, wide range of applications, support for advanced manufacturing technology and information society, new industries, and social development of future production will increasingly play a The more important role. This paper designs an industrial SCARA robot. SCARA robot (full name Selectively Compliance Articulated Robot Arm) is very similar to human arm movement, which includes the shoulder elbow and wrist joints to achieve horizontal and vertical movement. It is an industrial robot has four degrees of freedom. Among them, the three rotational degrees of freedom, the other is the DOF. It can achieve planar motion, with the flexibility, the whole arm in the vertical stiffness, flexibility in the horizontal direction of the large, widely used in assembly operations. This method was designed with a modular design the mechanical structure of SCARA robot. Analysis of the SCARA robot inverse kinematics, and to establish the position and orientation of robot end of the model error.Keywords: SCARA analysisSignature of supervisor:。
SCARA机器人装配及结构设计摘要Scara 机器人是一种由三个自由度组成的平面关节型机器人，它的主要作用是可以完成精密仪器和物体的搬运和移动。
由于体积小，传动原理简单，被广泛运用于电子电气业，家用电器业，精密机械业等领域。
整个系统由机器手，机器臂，关节，步进电机驱动系统等组成。
通过各自由度步进电机的驱动，完成机器手，机器臂的位置变化。
具体设计内容为：同步齿形带传动设计，丝杠螺母设计，各输出轴和壳体的设计,步进电机的选择等。
在校核满足其结构强度的基础上，我们对scara 机器人的结构进行优化设计。
本论文着重研究scara 机器人的结构设计和运动学分析。
在论文开始首先介绍了机器人的发展及其分类情况。
在论文第二，三章具体叙述了scara 机器人的结构设计和运动学分析的详细过程。
在论文末尾还对scara 机器人进一步改进措施和应用展望进行了阐述。
关键词：scara 机器人，步进电机，结构设计，机器臂Structure Design of SCARA Assembly ManipulatorAbstractA SCARA robot is a robot of plane and joint composed of three degrees of freedo m. Its mostly function is used to complete transition and motion of exact apparatus es and objects. Because of its small volume and simple drive principle, it is widely used in the field of electronic and electric industry, home-used electric-ware indust ry and exact mechanism. The whole system is composed of manipulator hand, ma nipulator arm, joints and stepper motor driving system. By stepper motor’s driving o f each degree of freedom, it completes location change of manipulator hand and m anipulator arm. The idiographic designing content is designing of in-phase tooth-sha pe strap, designing of silk-bar nut, designing of shell and axis and the choice of st epper motors. On the base of checking its structure intensity, while it satisfied, we optimize designing of the structure of SCARA robots.This paper put its emphases on research of its structure designing and kinematics analysis. At the beginning of this paper, it introduces the development and sort of r obots. In the second and third chapter, it introduces detailed detail among the proc essing of the structure designing of a SCARA robot and its kinematics analysis. At the last, this paper gives some measures about improving of SCARA robots, and gives a expectation about its future.Key Words: SCARA robots, stepper motor, structure design, manipulator arm目录Abstract ii第一章绪论 11.1 机器人的特点 11.2 机器人的构成及分类 11.2.1 机器人的构成 11.2.2 机器人的分类 31.3 机器人的应用与发展 41.3.1 机器人的应用 41.4SCARA机器人的研究意义 61.4.1SCARA机器人的研究意义 61.4.2SCARA机器人的特点71.5本文的研究内容8第二章SCARA机器人结构设计92.1 SCARA机器人传动方案的比较及确定9 2.2 各自由度步进电机的选择112.2.1 第一自由度步进电机的选择122.2.2 第二自由度步进电机的选择: 122.2.3 第三自由度步进电机的选择132.3 同步齿形带传动设计142.4 丝杠螺母设计182.4.1 丝杠耐磨性计算182.4.2 丝杠稳定性计算192.4.3 丝杠刚度计算192.4.4 丝杠和螺母螺纹牙强度计算202.4.5 螺纹副自锁条件校核212.5各输出轴的设计212.5.1 机身输出轴设计212.5.2 大臂输出轴设计222.5.3 带轮轴设计: 222.5.4 升降轴设计222.6壳体设计23第三章SCARA机器人运动学分析253.1 引言253.2SCARA机器人正运动学分析253.2.1SCARA机器人连杆坐标系的建立25 3.2.2SCARA机器人正运动学问题273.3 SCARA机器人逆运动学分析293.4 本章小结31第四章总结与展望32参考文献33致谢341.1 机器人的特点机器人最显著的特点有以下几个:1.可编程。
生产自动化的进一步发展是柔性自动化。
机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统(FMS)中的一个重要组成部分。
2.拟人化。
机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。
此外，智能化机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等.传感器提高了机器人对周围环境的自适应能力。
3.通用性。
除了专门设计的专用机器人外，一般机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。
比如，更换机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。
4.机电一体化。
机器人技术涉及的学科相当广泛，但是归纳起来是机械学和微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。
因此，机器人技术的发展必将带动其它技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以从一个方面验证一个国家科学技术和工业技术的发展和水平。
1.2 机器人的构成及分类1.2.1 机器人的构成一个机器人系统，一般由操作机、驱动单元、控制装置和为使机器人进行作业而要求的外部设备组成。
1.操作机(又称执行系统)操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能，是可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置。
通常由下列部分构成。
(1)末端执行器又称手部，是操作机直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工业对象接触以完成作业的机构。
(2)手腕是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般具有2-3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。
有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。
(3)手臂它由操作机的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。
手臂有时不止一条，而且每条手臂，也不一定只有一节(如关节型就可能有多节)，所以，它有时还应包括肘和肩的关节，即手臂和手臂间(靠近末端执行器的一节通常叫小臂，靠近机座的，通常叫大臂)，手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。
(4)机座有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受响应力的基础部件。
可分固定式和移动式两类，移动式机座下部安装了移动机构，它可以扩大机器人的活动范围。
2.驱动单元它是由驱动器、减速器、检测元件等组成的组件，是用来为操作机各部件提供动力和运动的装置。
驱动器是将电能或流体能等转换成机械能的动力装置，通常是电动机、液压或气动装置。
驱动形式不同，传动装置也有所不同。
3.控制装置它是由人对机器人的启动、停机及示教进行操作的一种装置，它指挥机器人按规定的要求动作。
控制装置包括检测(如传感器)和控制(如计算机)两部分，可用来控制驱动单元，检测其运动参数是否符合规定要求，并进行反馈控制。
这就是闭环控制。
如果没有反馈控制，就是较简单的开环控制。
4.人工智能系统对于智能机器人，还应有人工智能系统。
它主要由两部分组成，一部分为感觉系统(硬件)，主要靠各类传感器来实现其感觉功能。
另一部分为决策一规划智能系统(软件)，它包括逻辑判断、模式识别、大容量数据库和规划操作程序等功能。
1.2.2 机器人的分类目前世界各国对处于发展阶段的机器人还没有统一的分类标准，大致有以下几种分类方法。
1.按使用范围分类(1)固定程序的专用机器人(机械手) 通常根据主机的特定要求设计成固定程序(或简单的可变程序)。
这种机器人(机械手)多为气动或液动，用行程开关、机械挡块来控制其工作位置。
工作对象单一，动作较少，结构与系统简单，价格低廉。
(2)可编程序的通用机器人工作程序可变，以适应不同的工作对象，通用性强，适合于以多品种、中小批量生产为特点的柔性制造系统中。
2.按使用行业、部门和用途分类(1)工业机器人它们又可按作业类别分为锻压、焊接、表面喷涂、装卸、装配、检测等机(2)采掘机器人如海洋探矿机器人等。
(3)军事用途机器人(4)服务机器人如医疗机器人，家用机器人，教学机器人等。
3.按机械结构、坐标系特点分类按机械结构坐标系特点可分为直角坐标型;圆柱坐标型;球坐标型;多关节型。
4.按机器人运动控制方式分类(1)点位控制(PTP)机器人就是由点到点的控制方式，这种控制方式只能在目标点处准确控制机器人末端执行器的位置和姿态，完成预定的操作要求。
目前应用的工业机器人中，很多是属于点位控制方式的，如上下料搬运机器人、点焊机器人等。
(2)连续轨迹控制(CP)机器人机器人的各关节同时作受控运动，准确控制机器人末端执行器按预定的轨迹和速度运动，并能控制末端执行器沿曲线轨迹上各点的姿态。
