【正文】 主要應(yīng)用于電子產(chǎn)品中異形元件裝配，小型機(jī)電產(chǎn)品如電機(jī)、空壓機(jī)、電器、泵類(lèi)等的裝配工作，是一種小型經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人。在滿(mǎn)足所要求功能的前提下 ，盡可能降低成本，而對(duì)實(shí)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(jī)構(gòu)盡可能采用規(guī)則件、標(biāo)準(zhǔn)件，驅(qū)動(dòng)元件采用便宜的步進(jìn)電機(jī)，而光電碼盤(pán)等測(cè)試校驗(yàn)元件則可不用，其功能由軟件部分實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。1972年我國(guó)開(kāi)始研制機(jī)器人，但發(fā)展緩慢，受經(jīng)濟(jì)、觀念等因素的制約 ，基本沒(méi)有什么應(yīng)用，直到 1986年，沈陽(yáng)機(jī)器人研究所成立，中國(guó)的機(jī)器人才向?qū)嵱秒A段發(fā)展。拒統(tǒng)計(jì)資料介紹，在這些裝配機(jī)器人中，平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人是應(yīng)用數(shù)量最多且較為廣泛的一種裝配機(jī)器人。用機(jī)器人代替人，可以使人擺脫高溫、有毒、粉塵、振動(dòng)、放射性、強(qiáng)噪音等惡劣環(huán)境，而去從事機(jī)器人的監(jiān)控、維護(hù)等工作，使工作性質(zhì)發(fā)生了變化，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也改善了就業(yè)結(jié)構(gòu)。在空間開(kāi)發(fā)中，航天飛機(jī)上收放衛(wèi)星的機(jī)器人是加拿大Spar公司生產(chǎn)的，美國(guó)NASA實(shí)施的火星測(cè)計(jì)劃，發(fā)射了兩個(gè)火星探測(cè)器海盜 I和海盜H，它們也是一種機(jī)器人，在火星上采集樣品，作各種實(shí)驗(yàn)，并能將實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)回地球?；『缸鳂I(yè)由于其焊縫多為空間復(fù)雜曲線，故多由人工完成，連續(xù)軌跡控制的機(jī)器人可以勝任此任務(wù)，故廣泛用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)和容器的焊接 。這 一類(lèi)機(jī)器人目前正在研究開(kāi)發(fā)之中?；『?、噴漆和檢測(cè)機(jī)器人等均屬連續(xù)軌跡控制方式。(3)軍事用途機(jī)器人(4)服務(wù)機(jī)器人 如醫(yī)療機(jī)器人，家用機(jī)器人，教學(xué)機(jī)器人等。另一部分為決策一規(guī)劃智能系統(tǒng) (軟件)，它包括邏輯判斷、模式識(shí)別、大容量數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)劃操作程序等功能。驅(qū)動(dòng)器是將電能或流體能等轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力裝置，通常是電動(dòng)機(jī) 、液壓或氣動(dòng)裝置。(1)末端執(zhí)行器又稱(chēng)手部，是操作機(jī)直接執(zhí)行工作的裝置，并可設(shè)置夾持器、工具、傳感器等，是工業(yè)機(jī)器人直接與工業(yè)對(duì)象接觸以完成作業(yè)的機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性自動(dòng)化。 29 19 絲杠螺母設(shè)計(jì) 9 8第二章 4　SCARA機(jī)器人的研究意義 機(jī)器人的分類(lèi) 本論文著重研究scara 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。SCARA型裝配機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘在論文開(kāi)始首先介紹了機(jī)器人的發(fā)展及其分類(lèi)情況。 iAbstract 1 各自由度步進(jìn)電機(jī)的選擇 12 絲杠剛度計(jì)算 21　各輸出軸的設(shè)計(jì) 22 23第三章 25　SCARA機(jī)器人連桿坐標(biāo)系的建立 本章小結(jié) 33致機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過(guò)程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng) (FMS)中的一個(gè)重要組成部分 。機(jī)器人技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，但是歸納起來(lái)是機(jī)械學(xué)和微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。(2)手腕是支承和調(diào)整末端執(zhí)行器姿態(tài)的部件，主要用來(lái)確定和改變末端執(zhí)行器的方位和擴(kuò)大手臂的動(dòng)作范圍，一般具有 23個(gè)回轉(zhuǎn)自由度以調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)。驅(qū)動(dòng)形式不同，傳動(dòng)裝置也有所不同。 、坐標(biāo)系特點(diǎn)分類(lèi)按機(jī)械結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)可分為直角坐標(biāo)型。按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓驅(qū)動(dòng)式、氣動(dòng)式、電力驅(qū)動(dòng)式 (這是目前用得最多的一類(lèi)) “代”分類(lèi)　(1)第一代　機(jī)器人 其特點(diǎn)是采用開(kāi)關(guān)量控制，示教再現(xiàn)控制或數(shù)字控制，其作業(yè)路徑和運(yùn)動(dòng)參數(shù)需通過(guò)示教或編程給定。Unimate, Motoman, ASEA等都是典型的焊接機(jī)器人 。在海洋開(kāi)發(fā)方面，美國(guó)曾用 Curv號(hào)有纜水下機(jī)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(jī)失事掉入水中的氫彈。機(jī)器人工作抗干擾能力強(qiáng)，一心一意按所編程序工作，動(dòng)作精度、重復(fù)精度高，因此能保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量。1991年世界上4萬(wàn)余臺(tái)在生產(chǎn)上應(yīng)用的裝配機(jī)器人中，SCARA機(jī)器人約占3/4左右。隨著國(guó)內(nèi)教育和科技的發(fā)展，哈工大等高校出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，研究水平在某些方面己達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。這樣，結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，成本也隨之降低。該機(jī)器人的突出特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)承載能力強(qiáng)，具有較好的通用性，重復(fù)定位精度高，動(dòng)作速度快，應(yīng)用范圍廣。 SCARA機(jī)器人傳動(dòng)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(dòng)采用諧波減速，小臂轉(zhuǎn)動(dòng)采用二級(jí)同步帶減速，升降軸采用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。齒輪的加工成本比較高，體積和重量都比較大。成本上考慮，方案一采用標(biāo)準(zhǔn)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。 　。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，而且需要外圍轉(zhuǎn)換電路與微機(jī)配合實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。為避免本系統(tǒng)也出現(xiàn)同類(lèi)問(wèn)題，在可能的前提下，本系統(tǒng)將盡量避免使用該種驅(qū)動(dòng)方式。因?yàn)閷⒈凵扉_(kāi)呈一條直線時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大，所以在旋轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)可產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩不足。 　 f=螺旋升角為: (28)當(dāng)量摩擦角為: (210)螺紋所受摩擦力矩為: （214）選擇電機(jī)型號(hào): 則：　 齒數(shù) 80 代號(hào)160Lp2=635 mm Lp1=402 mm 250各帶輪齒數(shù)：Z1=13， t=2mm， N/mm2I一慣性矩, 絲杠剛度計(jì)算一個(gè)導(dǎo)程的變形量的最大值:式中: p一軸向載荷 絲杠和螺母螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算螺母所受彎曲應(yīng)力式中:　各輸出軸的設(shè)計(jì)各軸的材料均選用45號(hào)鋼，由【2]表 82知軸的許用扭剪應(yīng)力[τ]=30MPa, 由許用應(yīng)力確定的系數(shù)為C=120。軸承選為單列角接觸球軸承，軸承型號(hào)為 7203C,其余根據(jù)結(jié)構(gòu)確定。 1一光杠長(zhǎng)度小臂外殼體采用鑄鋁，U形結(jié)構(gòu)，底板厚度 4mm,上壁及筋板厚45mm。顯然，正問(wèn)題是簡(jiǎn)單的，解是唯一的，但逆問(wèn)題的解是復(fù)雜的，而且具有多解性，這給問(wèn)題求解帶來(lái)困難，往往需要一些技巧與經(jīng)驗(yàn)。在這里，不同之處主要在Z0和Z5。 ≤θ1≤150176。 機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)所研究的內(nèi)容是:給定機(jī)器人各關(guān)節(jié)的角度，計(jì)算機(jī)器人末端執(zhí)行器相對(duì)于參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)問(wèn)題。工具坐標(biāo)系的z向矢量處于夾手指向物體的方向，稱(chēng)之為接近矢量 。 從工程應(yīng)用角度而言，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解問(wèn)題往往更有實(shí)際意義，它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和軌跡控制的基礎(chǔ)。封閉解法有代數(shù)解法和幾何解法。 （36）即： 對(duì)于平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，為了便于控制一般分成左右手的情況，就如同人的左右手在同一平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。 第一、　二個(gè)關(guān)節(jié)采用了同步齒形帶的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，充分利用了大臂的空間，結(jié)構(gòu)緊湊。 :中南工業(yè)大學(xué)出版社，1988[2] 謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以圓滿(mǎn)的完成，得益于導(dǎo)師李成剛講師的精心指導(dǎo)。 導(dǎo)師淵博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，敏銳的學(xué)術(shù)洞察力，對(duì)學(xué)術(shù)的不斷追求和創(chuàng)新使作者終生受益，僅以此對(duì)導(dǎo)師表示衷心感謝和誠(chéng)摯的敬意。 :中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1992[6] 2．進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析在進(jìn)行完靜力學(xué)計(jì)算的情況下，運(yùn)用 DH方法建立了桿件坐標(biāo)系，完成了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，包括正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的推導(dǎo)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解的求取。SCARA型機(jī)器人在輕型、較簡(jiǎn)單且要求機(jī)器人價(jià)格較低的裝配作業(yè)中大顯了身手。運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解編程時(shí)可以加一個(gè)條件語(yǔ)句，判斷左右手的條件，而離線編程只需輸入左右手的標(biāo)識(shí)符就可以。 由上式可得：θ4=θ2arcsin(sinθ1 nx + cosθ1 ny)　 cosθ1 px+sinθ1 pyl1=cosθ2 l2 (37)令左右矩陣中的第一行第四個(gè)元素，第二行第四個(gè)元素分別相等。 （35）(1) 求關(guān)節(jié)變量θ1分離變量，對(duì)方程兩邊同時(shí)左乘0T11(θ1),得常用的是Paul提出的反變換法 (也稱(chēng)代數(shù)方法)。另外，對(duì)于運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解而言，還要求計(jì)算方法的計(jì)算效率、 最后一個(gè)矢量叫法線矢量 ，它與矢量 和矢量 一起構(gòu)成一個(gè)右手矢量集合，由矢量的叉乘規(guī)定:0T4=0T1(θ1)1T2(θ2)2T3(d3)3T4(θ4)= 本文都是以圖 33為基礎(chǔ)進(jìn)行建模。機(jī)械手可用一個(gè)開(kāi)環(huán)關(guān)節(jié)鏈來(lái)建模，此鏈由數(shù)個(gè)剛體 (桿件)串聯(lián)而成。圖 23　SCARA機(jī)器人小臂及腕部結(jié)構(gòu)圖圖 24 帶輪軸設(shè)計(jì):此軸傳遞的扭矩為此軸的轉(zhuǎn)速為 w=300/s，則傳遞功率為:由于軸上有鍵槽，且承受一定彎矩，故取 d=15mm，軸承處軸頸取為d=12mm。 機(jī)身輸出軸設(shè)計(jì)，此軸傳遞扭矩 T=20N m，轉(zhuǎn)速ω=300/s，則傳遞功率為:P= Tw=20（π/6）==n= (w /360)60=5r/min減速器的軸頸較大，故d的值可取大一些，這里取 d=30mm。青銅的許用彎曲應(yīng)力為:[σw]=49N/mm2，故σw [σw].螺母螺紋所受剪切應(yīng)力:青銅的許用剪切應(yīng)力為[τ]=，故: τ[τ]絲杠螺紋所受彎曲應(yīng)力鋼的許用彎曲應(yīng)力為[σ] w=72 N/mm2,故σ[σ] w絲杠的螺紋所受的剪切應(yīng)力鋼的許用剪切強(qiáng)度為[τ]=43 N/mm2,故τ[τ]。 2mmE一彈性模量 絲杠耐磨性計(jì)算　絲杠材料采用鋼 ，螺母材料選用青銅，根據(jù)[2]表38取許用比壓[P]=11N/mm2對(duì)于單頭標(biāo)準(zhǔn)梯形螺紋:式中，P—軸向載荷 導(dǎo)程:　 Z3=17， L2=245mm進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)帶寬的選擇 :　小帶輪I齒數(shù)Z1=13，轉(zhuǎn)速為n=25r/min，由[12]=　嚙合齒數(shù):則嚙合齒數(shù)系數(shù)為:　由文獻(xiàn)[13]表 420可以查 Pb= XL