【正文】 人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，完成預定的操作要求。目前應用的工業(yè)機器人中，很多是屬于點位控制方式的，如上下料搬運機器人、點焊機器人等?！?2)連續(xù)軌跡控制(CP)機器人 機器人的各關節(jié)同時作受控運動，準確控制機器人末端執(zhí)行器按預定的軌跡和速度運動，并能控制末端執(zhí)行器沿曲線軌跡上各點的姿態(tài)?；『浮娖岷蜋z測機器人等均屬連續(xù)軌跡控制方式。按驅(qū)動方式可分為液壓驅(qū)動式、氣動式、電力驅(qū)動式 (這是目前用得最多的一類) “代”分類　(1)第一代　機器人 其特點是采用開關量控制，示教再現(xiàn)控制或數(shù)字控制，其作業(yè)路徑和運動參數(shù)需通過示教或編程給定。60年代以來，工業(yè)中實際應用的絕大多數(shù)工業(yè)機器人都屬于第一代機器人，它包括可編程序 (用于上下料)的工業(yè)機器人具有記憶裝置的示教再現(xiàn)型機器人，數(shù)控型搬運機器人等。 (2)第二代機器人 是 70年{BANNED}始出現(xiàn)的，其技術(shù)特點是采用計算機直接控制，是通過具有視覺、觸覺的攝像機和傳感器，能“感覺”外界信息并通過計算機進行計算和分析自動地控制操作機進行運動和操作，因此，其控制方式較第一代機器人要復雜得多，目前這類機器人已開始在工業(yè)生產(chǎn)、排險救災等場合應用，并將進入普及階段。(3)第三代機器人 即智能機器人。這是國內(nèi)外正在積極研究，開發(fā)的高級機器人，其主要特點是具有人工智能。包括: 模式識別能力、規(guī)劃決策能力、知識庫、專家系統(tǒng)、人機交互能力等。這 一類機器人目前正在研究開發(fā)之中。 機器人的應用與發(fā)展 機器人的應用在發(fā)達國家，機器人己廣泛地應用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個領域。產(chǎn)業(yè)部門應用最多的當推汽車工業(yè)和電子工業(yè)，在金屬加工、塑料成型、機械制造等行業(yè)也有普遍應用，并逐漸向纖維加。食品工業(yè)、家用產(chǎn)品制造等行業(yè)發(fā)展。焊接作業(yè)包括點焊和弧焊，是機器人用得最多的作業(yè)之一。傳統(tǒng)的點焊機雖然可以減輕人的勞動強度，焊接質(zhì)量也較好，但它適宜少品種大批量的生產(chǎn)環(huán)境，其夾具和焊槍位置不能隨零件的改變而變化，而點焊機器人可通過重新編程來調(diào)整空間點位，滿足不同零件的需要，故特別適宜于小批量多品種的生產(chǎn)環(huán)境?；『缸鳂I(yè)由于其焊縫多為空間復雜曲線，故多由人工完成，連續(xù)軌跡控制的機器人可以勝任此任務，故廣泛用于各種復雜結(jié)構(gòu)和容器的焊接 。Unimate, Motoman, ASEA等都是典型的焊接機器人 。噴漆作業(yè)由于環(huán)境惡劣，國外大量使用了機器人，挪威生產(chǎn)的Trallfa機器人是目前世界上用得最多的噴漆機器人，該機器人為關節(jié)式，6自由度，電液或全電動伺服驅(qū)動，采用示教再現(xiàn)方式，既可實行點位控制 ，也可實行連續(xù)軌跡控制。搬運物料的作業(yè)包括為機床上下料，為自動生產(chǎn)線轉(zhuǎn)運工件，搬運機器人和數(shù)控機床一起組成柔性加工系統(tǒng)，一條柔性生產(chǎn)線可配置幾臺至十幾臺搬運機器人，典型的搬運機器人是T3和 Funac機器人。機器人用于裝配作業(yè)是隨著視覺系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的，電子工業(yè)用得最多，主要用在電路板的裝配上，還有電動機、發(fā)動機部件、閥門等產(chǎn)品的裝配。PUMA機器人是一種典型的裝配機器人，有 6個自由度，關節(jié)式，直流伺服電機驅(qū)動，微機控制點位或連續(xù)軌跡，用VAL語 言示教編程，其手腕機構(gòu)具有順應性，可克服裝配中的誤差。國外的航空航天工業(yè)中應用機器人也十分廣泛，如鉚接裝配作業(yè)就大量使用了機器人，此外如電氣插頭的裝配，發(fā)動機風扇外殼和高壓渦輪的焊接，飛機座艙蓋和風擋鉆孔作業(yè)，飛機機身和垂直尾翼鉆孔，都采用了機器人。某些飛機機身、機艙的噴漆作業(yè)，發(fā)動機零部件等離子噴涂也采用了機器人。在空間開發(fā)中，航天飛機上收放衛(wèi)星的機器人是加拿大Spar公司生產(chǎn)的，美國NASA實施的火星測計劃，發(fā)射了兩個火星探測器海盜 I和海盜H，它們也是一種機器人，在火星上采集樣品，作各種實驗，并能將實驗結(jié)果發(fā)回地球。在海洋開發(fā)方面，美國曾用 Curv號有纜水下機器人成功地從西班牙附近 900米深的海底打撈一顆因 B52轟炸機失事掉入水中的氫彈。挪威卑爾根公司生產(chǎn)的一種水下機器人，可在水下 600米處作業(yè)，裝有電視攝像機，可收集海底標本，切割石油管道和纜索等。在放射性環(huán)境中，如在核電站里，機器人可用來檢查、修復管道、閥門等，如日本東芝公司研制的一種蛇形機器人，具有八個關節(jié)，可以在狹小的空間里操作，臂頂端裝有電視攝像機。在軍事方面，機器人 己用于偵察、布雷、排除爆炸物、裝填彈藥等。在建筑中，己有一種爬壁機器人可用來修理墻面，擦洗窗戶。此外還有摘果實、擠牛奶、剪羊毛、清理垃圾、監(jiān)護病人的機器人等?？傊?，機器人的應用面相當廣泛，機器人的工作特點是在計算機控制下離開人的干預進行各項工作。用機器人代替人，可以使人擺脫高溫、有毒、粉塵、振動、放射性、強噪音等惡劣環(huán)境，而去從事機器人的監(jiān)控、維護等工作，使工作性質(zhì)發(fā)生了變化，減輕了勞動強度，同時也改善了就業(yè)結(jié)構(gòu)。機器人工作抗干擾能力強，一心一意按所編程序工作，動作精度、重復精度高，因此能保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量。解決多品種小批量生產(chǎn)的自動化問題二隨著人民生活水平的提高，人們要求提供更豐富更多樣的產(chǎn)品。因此，用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式難以滿足人們的需求，當前柔性制造系統(tǒng)的飛速發(fā)展正是適應了這種發(fā)展趨勢，而機器人是柔性系統(tǒng)中不可缺少的提高勞動生產(chǎn)率的關鍵設各。與人相比，機器人有一個最大的特點:不知疲倦、不需要休息，在合宜的條件下，可以連續(xù)工作，因此可以大大地提高勞動生產(chǎn)率。機器人對于改善勞動條件、減少安全事故 ，減少人受危險環(huán)境的傷害等方面都有顯著的效果?！CARA機器人的研究意義　SCARA機器人的研究意義目前，國外已有各種專用和通用的裝配機器人在生產(chǎn)中得到應用，主要類型大致有直角坐標型、圓柱坐標型和關節(jié)型三大類。關節(jié)型裝配機器人又有垂直關節(jié)型 (即空間關節(jié)型)和平面關節(jié)型 (即SCARA型)兩種。拒統(tǒng)計資料介紹，在這些裝配機器人中，平面關節(jié)型裝配機器人是應用數(shù)量最多且較為廣泛的一種裝配機器人。1991年世界上4萬余臺在生產(chǎn)上應用的裝配機器人中，SCARA機器人約占3/4左右。其主要應用領域為電子電氣業(yè)、家用電器業(yè)、精密機械業(yè)。從事印刷電路板上電子元器件的插入作業(yè)。家用電器及儀器儀表的組裝作業(yè):小型電器開關、接觸器等電器產(chǎn)品的組裝作業(yè)?？梢哉f，SCARA型機器人在輕型、較簡單且要求機器人價格較低的裝配作業(yè)中大顯了身手。隨著社會需求的增大和技術(shù)的進步，裝配機器人將會得到迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，將是推動裝配機器人發(fā)展的直接動力。近年來計算機、CIMS及柔性 自動裝配系統(tǒng)等的發(fā)展，又為裝配機器人的應用和發(fā)展提供了良好的可能性。1972年我國開始研制機器人，但發(fā)展緩慢，受經(jīng)濟、觀念等因素的制約 ，基本沒有什么應用，直到 1986年，沈陽機器人研究所成立，中國的機器人才向?qū)嵱秒A段發(fā)展。隨著國內(nèi)教育和科技的發(fā)展，哈工大等高校出現(xiàn)了專門的機器人機構(gòu)，研究水平在某些方面己達到國際先進水平。在應用方面，一汽等大型企業(yè)己開始使用機器人自動化生產(chǎn)線。但總體來說，國內(nèi)機器人發(fā)展還是趨于落后，特別是在應用方面發(fā)展緩慢。究其原因，除了經(jīng)濟因素的制約外，很重要的一點是有關機器人的教育跟不上，知道機器人的人很多，但真正了解、懂機器人的人少而又少，這就使我國的機器人發(fā)展缺乏智力支持，加強機器人技術(shù)教育，緩解人才危機迫在眉睫。而研制結(jié)構(gòu)簡單、成本較低 SCARA 機器人用于教學可以提高教育的現(xiàn)代化水平，用于實際生產(chǎn)可以大大提高工作效率，還可以用于科學研究工作，為開發(fā)更先進的裝配機器人提供有利條件，隨著我國經(jīng)濟和科技的發(fā)展，我們有能力也有必要進行這方面的研究　SCARA機器人的特點根據(jù)工作環(huán)境、工作特點等要求，本 SCARA機器人應具備以下幾個特點:，適于觀察。如果作為示教用機器人應該讓觀看者賞心悅目，同時能直觀地了解它的構(gòu)成和動作原理。故機器人的外形應巧妙設計，部分外殼應采用透明材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)應簡單明了，另外，機器人的動作應連續(xù)，速度適中。在滿足所要求功能的前提下 ，盡可能降低成本，而對實踐的功能要求不高，速度等參數(shù)可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，定位精度要求也不高，故機構(gòu)盡可能采用規(guī)則件、標準件，驅(qū)動元件采用便宜的步進電機，而光電碼盤等測試校驗元件則可不用，其功能由軟件部分實現(xiàn)補償。這樣，結(jié)構(gòu)大大簡化，成本也隨之降低。 ，重量輕　SCARA機器人要求抓取重量不大，動作范圍也很小，故體積很小，展開應在60x80cm2左右。要實現(xiàn) SCARA機器人的四個自由度，內(nèi)部零件應盡量小巧，結(jié)構(gòu)應盡可能緊湊。重量輕是機器人研制的一個方向，在滿足強度和剛度的條件下，零部件越輕越好，故材料要首選鋁質(zhì)輕質(zhì)材料，零件特別是具有定位功能的殼體定位板應采用板筋結(jié)構(gòu)，各零件的空間分布要合理，減小傾覆力矩?！”維CARA機器人采用步進電機驅(qū)動，速度要求不高，故減速比可在一定范圍內(nèi)調(diào)整 ，只要能滿足轉(zhuǎn)矩即可。選擇減速方案可根據(jù)空間結(jié)構(gòu)要求 ，跨距轉(zhuǎn)大的傳動可選用同步帶傳動力求一步到位，傳動簡單。SCARA機器人為平面關節(jié)型機器人，一般采用步進電機驅(qū)動，控制簡單，編程方便。主要應用于電子產(chǎn)品中異形元件裝配，小型機電產(chǎn)品如電機、空壓機、電器、泵類等的裝配工作，是一種小型經(jīng)濟型機器人。該機器人的突出特點是機構(gòu)承載能力強，具有較好的通用性，重復定位精度高，動作速度快，應用范圍廣。該論文涉及計算機技術(shù)、電子、機械等多學科的知識，主要完成了以下的工作:1. 在進行充分的課題可行性論證及詳細的理論計算之后，用AutoCAD等計算機圖形輔助設計軟件完成了 SCARA機器人的機械本體結(jié)構(gòu)設計。為了滿足靈活性強、工作空間大、重量輕及結(jié)構(gòu)緊湊等工作要求，將其設計為具有三個轉(zhuǎn)動關節(jié)的機器人。2．建立了SCARA機器人的運動學數(shù)學模型，得到了運動學方程的正解和反解，并在運動學分析的基礎上，求得了SCARA 機器人的雅可比矩陣。第二章 SCARA機器人結(jié)構(gòu)設計 SCARA機器人傳動方案的比較及確定初步確定以下兩種可行方案：方案一：大臂轉(zhuǎn)動采用諧波減速，小臂轉(zhuǎn)動采用二級同步帶減速，升降軸采用絲杠螺母傳動，手腕轉(zhuǎn)動采用步進電機直接驅(qū)動。這種方案主要考慮了傳動鏈的簡化，結(jié)構(gòu)比較簡單易行。方案二：大臂轉(zhuǎn)動采用齒輪減速，小臂轉(zhuǎn)動采用二級同步帶傳動，升降軸采用一級齒帶傳動加齒輪齒條實現(xiàn)升降運動。方案一具有以下特點 :，適合結(jié)構(gòu)特點，減速比大、體積小、重量輕、精度高、回差小、承載能力大、噪音小、效率高、定位安裝方便，由于使用標準件，價格也不高。，充分利用了大臂的空間，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比恒定，傳動功率大，效率較高，但對安裝有一定要求，需加調(diào)整裝置。電機直接驅(qū)動絲杠螺母傳動的同時兼有減速的作用，一步把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，傳動精度較高，絲杠有自鎖功能，速度不宜過高。方案二具有以下特點:，這是最常用的減速方法，傳動比恒定，傳動效率高，工作可靠，使用壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率大，但傳動精度低，噪音大，傳動比小。齒輪的加工成本比較高，體積和重量都比較大。，基本具備齒輪傳動的特點，傳遞功率大，傳動效率高，精度低，有噪音，傳動比小，工作可靠，但需要平衡裝置，不能自鎖。兩方案相比較，在傳動的實現(xiàn)上，二者都是可行的。方案一結(jié)構(gòu)比較簡單，各傳動元件的定位比較容易實現(xiàn)。方案二結(jié)構(gòu)較為復雜，各部分定位都需仔細考慮。外觀上，方案二顯得更好一些。傳動精度方面，顯然方案一比較高。成本上考慮，方案一采用標準件較多，零部件較少，且比較規(guī)則，易于加工，絲杠螺母在精度要求不高的情況下，加工成本也不是很高。方案二用了很多齒輪，需專門設備加工，且各定位部件形狀不規(guī)則，加工困難