基于scara的四自由度平面機器人設計摘要：隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，知識經(jīng)濟的到來，scara機器人對于快節(jié)奏的社會生產(chǎn)極其重要，它適應性好，高度自動化的技術以及智能系統(tǒng)的逐步發(fā)展趨勢不僅解放了人們的雙手，而且提高了生產(chǎn)的主力軍。本文主要介紹的是四自由度scara機器人，包括4個關節(jié)結構和4個步進電機，其中腕部設計采用一體化設計，讓旋轉(zhuǎn)和平移都可以實現(xiàn)，把工件安裝在機架上，并將底盤固定在工作臺上，保證工作時的平穩(wěn)性，在關節(jié)處利用控制塊來預防關節(jié)轉(zhuǎn)角過大，導致工件損失或機器人損害。Scara平面關節(jié)型機器人應用的范圍非常廣泛，在各個領域都有一定的幫助，以提高生產(chǎn)率并降低產(chǎn)品成本。關鍵詞：scarab機器人四自由度應用范圍目錄TOC\o"1-2"\h\u201041引言 1121141.1研究背景及意義 125181.2scara機器人研究現(xiàn)狀 5183841.3國外機器人發(fā)展現(xiàn)狀 663361.4國內(nèi)機器人發(fā)展現(xiàn)狀 7273991.5機器人運動學 7132771.6論文研究內(nèi)容 9116581.7論文設計步驟 10190481.8本章小結 107232各關節(jié)電機的選擇 10262242.1步進電機的特點與種類 11100282.2機器人基本參數(shù) 11111812.3步進電機的選型與校核 12280903SCARA機器人的關鍵結構設計及仿真驗證 1535393.1機器人的總體設計 16153563.2機器人關鍵零部件設計計算 166594SCARA機器人結構的優(yōu)化 2216064.1減速器減速比的優(yōu)化 22216864.2SCARA機器人的仿真驗證 2331991總結 2510482參考文獻 261引言機器人技術涉及多個領域，如機械、測試技術、控制技術等多個學科。它不僅意味著科技進步發(fā)展趨勢的嶄新效果。，而且還反映了一個國家的工業(yè)水平。Scara機器人大多應用于裝配工作，能夠?qū)崿F(xiàn)多關節(jié)工作，并且加上編程技術可是實現(xiàn)精密工作。機器人技術正朝著結構簡單，自動控制系統(tǒng)扎根，步進電機驅(qū)動器技術智能化發(fā)展的趨勢發(fā)展。Scara機器人在工業(yè)中不僅可以降低成本，使人們免于重復工作，從某意義上來說還可以提高安全性，減少人員傷亡。但是，我國scara機器人研究和設計和國際領先水平仍有一定的距離。因此，對于具有廣泛應用且機構相對簡單的平面關節(jié)型scara機器人進行結構設計和控制設計。1.1研究背景及意義世界上許多公司，特別是在電子行業(yè)中，已經(jīng)使用了許多工業(yè)生產(chǎn)機器人來提高此類公司的生產(chǎn)率。由于減少了員工，因此幾乎沒有安全事故。機器人的出現(xiàn)促進了社會生產(chǎn)力的極大提高，并促進了社會發(fā)展的發(fā)展。1978年，日本發(fā)明了關節(jié)型機器人，擁有多個自由度。SCARA系統(tǒng)軟件在x和y方向上兼容，同時有多個坐標軸，尤其在空間坐標系中有很大的優(yōu)勢，而且能夠在裝配工作中表現(xiàn)良好。例如將圓銷插入圓孔，因此SCARA系統(tǒng)軟件是最多的。機器人還有一個顯著的特點，可以模仿人類的手臂，拿取東西。適用于移動和保持，裝配諸如集成電路芯片之類的物品。SCARA機器人有3個提供自由度的關節(jié)，它們之間彼此平行，并且在平面上進行了精確的定位和逐項列出。另一個關節(jié)是活動關節(jié)，用于在垂直平分平面內(nèi)進行手腕部的旋轉(zhuǎn)和平移。腕部定位點的位置取決于兩個旋轉(zhuǎn)關節(jié)φ1和φ2的角速度以及活動關節(jié)的偏移z，即p=f（φ1，φ2，z）。機器人不僅質(zhì)量輕、易于移動，響應迅速。例如，Adept1SCARA機器人的健身速度為十米/秒，比普通的鉸接式機器人快很多倍。它最適合在平面上精確定位以及垂直方向上的組裝工作。圖1-1Scara機器人先還有以下四種類型：1.直接驅(qū)動組裝機器人：傳統(tǒng)的機器人必須使用減速設備來降低速度并增加輸出扭矩。這種傳輸鏈會增加系統(tǒng)軟件功能的損失并增加可靠性指標，慣性，故障等，并增加系統(tǒng)可靠性。為了更好地減小骨關節(jié)的慣性力并實現(xiàn)高速，高精度，大負載和穩(wěn)定性，發(fā)展趨勢是使用高扭矩和低速的電動機來立即驅(qū)動。2.智能裝配機器人：組裝機器人的目標之一是實現(xiàn)工作的自主性，因此必須使用知識規(guī)劃，專業(yè)系統(tǒng)和AI研究的其他領域來開發(fā)可在不同組裝工作站中運行的智能，自主的移動組裝機器人。3.并聯(lián)機器人：傳統(tǒng)機器人使用鏈節(jié)和關節(jié)結構，而串聯(lián)機器人則具有非累積性的精確定位誤差，改善了操作員分布，結構緊密，提高了剛性硬度，提高了彎曲應力的允許范圍內(nèi)等，并且反向位置問題相對簡單，因此近年來引起了越來越多的關注。4.協(xié)作機器人：隨著組裝機器人的應用范圍的擴大，對組裝機器人的一些新要求也提出了。例如，多個機器之間，機器人自己和自己的手臂之間，甚至人類手臂與機器人手臂之間的協(xié)作。SCARA機器人廣泛應用與多個領域，對制造業(yè)的發(fā)展有著重大意義。鑄造行業(yè)：在鑄造領域中的工作繁重，不僅人類會承受很大的負荷，而且普通機器也不能滿足工作要求。操作簡便的SCARA機器人的實際操作簡單，無論是用于注塑機，還是用于連接兩個工藝流程，或者用于運輸極其重的產(chǎn)品工件，都非常方便。SCARA機器人具有最佳的精確定位特性，高承重能力和可靠地執(zhí)行高強度工作的能力，注塑機內(nèi)壁和上方的雜質(zhì)也可以被輕而易舉的立即移除。2.電子電氣領域：在此階段，全球工業(yè)領域中計算機安裝數(shù)量最多的工業(yè)生產(chǎn)機器人是SCARA四軸機器人。電子電氣領域成員區(qū)域的機器人是中國制造商根據(jù)電子設備制造領域的要求專門制造的。小型化和簡單的特性完成了電子設備組件的高精度，高效率的生產(chǎn)和制造，并達到了電子設備的組件生產(chǎn)設備。日益完善的管理要求以及自動化技術的生產(chǎn)和加工也大大提高了生產(chǎn)和制造的經(jīng)濟效益。根據(jù)相關數(shù)據(jù)和信息，通過機器人對產(chǎn)品進行拋光，從而進一步提高了良率。因此，SCARA機器人將大大提高交貨后的生產(chǎn)率。3.硫化橡膠和塑料工業(yè)：塑料行業(yè)有著密切的合作和高度的系統(tǒng)化，這對于SCARA機器人來說是容易而又簡單的。能夠在空氣良好的地方生產(chǎn)工作，也能在空氣不好的地方進行長時間，大工作量的工作，而且能夠給工人和老板帶來很多的經(jīng)濟效益。SCARA機器人可用于鑄造行業(yè)，電氣和電子領域以及硫化橡膠和塑料行業(yè)。SCARA機器人的模塊化設計，靈活的自動控制系統(tǒng)和專用系統(tǒng)軟件可以滿足該領域自動化應用行業(yè)的最高要求SCARA機器人不僅防水，而且耐用且耐熱，并且可以可靠，可靠地將加工技術模塊和制造模塊相互連接。圖1-2圖1-31.2scara機器人研究現(xiàn)狀Scara平面關節(jié)機器人是目前最常用的安裝機器人，由于它們運動速度快、成本相對低、高可靠性和在工作中受環(huán)境影響小。要想實現(xiàn)現(xiàn)代化必然需要經(jīng)過機器人的道路，我們可以看到它在不同行業(yè)的各種功能。它也得以飛速的發(fā)展，在結構、控制、精度、體積大小方面都有不同的發(fā)展。新型KRscara機器人很適合小零件裝配、后續(xù)的處理、對每一個工件的檢查。Kuka的新型scara機器人，只要是6公斤以下，對它來說都是沒有問題的，可以達到的功效范圍是500到700mm，非常短的循環(huán)時間為0.36秒或0.38秒，價格低廉，對于低成本、小成本的公司和企業(yè)中的理想的選擇，推動了自動化市場的發(fā)展。Scara機器人目前的簡化設計和集成設計，使機器人在許多任務中能夠有良好的應變能力。越小的零件越能突顯出它的不同之處，材料處理和檢查不僅能夠做到精準還能做到智能調(diào)整。在機械機構設計方面，新型scara機器人具有更加簡便的機械結構，零件具有互換性。這點kuka公司生產(chǎn)的機器人最具有發(fā)言權，節(jié)省了大部分的空間，極大的節(jié)省了用戶的工間，便于安裝與拆卸。與之前的相比較不僅減少了設計復雜程度還減少了設計成本。也有公司生產(chǎn)的機器人有自己獨特的設計方法和裝配方法，不僅不易被模仿而且還減少了電纜的使用，沒有電纜的束縛，機器人能夠更加靈活的運動，提高了生產(chǎn)效率。在控制系統(tǒng)設計方面，開放式的控制設計系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)標準化、通用化、網(wǎng)絡化、集成儀器，數(shù)字化、模塊化，可以實現(xiàn)遠程控制和計算機控制。極大的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可操作性、美觀性和互換性易于維修和調(diào)換零件。Adept公司的cobrai600機器人使用步進電機開驅(qū)動關節(jié)，機器人之間能夠和聯(lián)起電纜一樣可以互相通信和交流，節(jié)省了許多原材料使出廠價格低于市場成本。在應用程序級別上，除了傳統(tǒng)安裝的主要目的之外，新型scara機器人也越來越多地用于儀器儀表級別。機器人臂長決定了機器人的工作范圍，其中臂長120毫米是世界上最適合做精密工作的機器人，精確度為0.005毫米，可用于特殊的生產(chǎn)加工和精密加工，在裝配的場合，已經(jīng)實現(xiàn)了精度較高的自動化，但對于機器人的運動分析和模擬曲線方面的研究，只是有了初步成果，對于深層次的加速度軌跡的模擬設計和計算沒有進行考慮。在有效載荷方面，新型機器人能夠就具有更大的有效載荷，機器人可以達到20kg。為了匹配更大的有效載荷，就需要更加有力的驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動，利用減速器來增大力矩是必不可少的，同時對于減速器的優(yōu)化也是必不可少的。1.3國外機器人發(fā)展現(xiàn)狀在日本開發(fā)和設計的SCARA平面圖關節(jié)鉸接式機器人是現(xiàn)階段最常用的機器人。它最初是由日本山梨大學的牧野宏志（HiroshiMakino）于1978年創(chuàng)建的。此類型的機器人自那時以來已廣泛用于安裝工作。它有四個運動自由度?？臻g的四個方向的彎曲剛度相對有限，它在其余兩個方向上具有無限的彎曲剛度。SCARA機器人具有精致的結構和內(nèi)部有較小的空間，靈活的姿勢，較高效高速高精的工件。應用于生活中不僅凸顯出它的適應性還體現(xiàn)出廣泛性，能夠使工廠開的廠房得到最大程度的使用和拓展，減少了開支。工業(yè)機器人的歷史悠久已經(jīng)走過了40個年頭，scara機器人是鶴立雞群讓其他的機器人黯然失色，起著至關重要的作用。它的的優(yōu)勢上文也做了介紹。除了廣泛使用之外，scara機器人一經(jīng)出世就得到了許多資源和追捧同時也得到了大進步的發(fā)展。比如，在工業(yè)設備制造水平上，SCARA智能機器人BN和BL，這兩種方案設計是傳動系統(tǒng)的傳動齒輪配合使用。齒輪組放在T1和T2軸上。對齒輪組使用新的精密鑄造方法可以使機器人得到進一步的升華，并且可以在速度，可靠性和特性方面實現(xiàn)提高。在負載方面，SCARA智能機器人也取得了跨時代的進步和發(fā)展。由EPSON制造的E2H853重型SCARA智能機器人可以完成20kg的更高負載，轉(zhuǎn)動慣量也越來越小。在外形和質(zhì)量方面，SCARA也得到了重大的提高。2013年初，全球最大的SCARA工業(yè)化生產(chǎn)智能機器人研究出新的H8設備，設備一出就得到了很高的評價，該機器人是其旗艦產(chǎn)品H系列首款先進的多骨關節(jié)自動化機器人實體模型并且也得到了很大的成功。H8機器人是SCARA機器人之一，它是肱骨長度為450-650mm的SCARA機器人中體積最小，質(zhì)量較輕的機器人。SCARA機器人在高精度應用（例如移動小型，中型和口袋大小的物體）中也有很大的收獲。日本雅馬哈公司生產(chǎn)的SCARA機器人的手臂跨度為120mm，重復精確定位的精度僅為0.005，可以應用。適用于袖珍型，高精度場所。所以，通過上面的了解介紹，智能控制及技術不單單被機器用來簡化了組件，而且還具有其他水平的性能，例如：高精度合金產(chǎn)品，更大的負載，更高的生產(chǎn)率，反復的精確定位精度，簡單的電纜和較小的室內(nèi)空間得到了極大的改善。1.4國內(nèi)機器人發(fā)展現(xiàn)狀早期自動化在我國發(fā)展較為艱難并且很少有人去研究，優(yōu)秀技術的局限性只是在1970年代才逐漸進入我國的科研環(huán)節(jié)。由于起步相對較晚，海外產(chǎn)品的相對性質(zhì)存在一定差異，并且機器人性能和準確性也存在一定不足。經(jīng)濟的發(fā)展使我國自動化也有了很大的發(fā)展，朝著未來的方向不斷進步。機器人在各個行業(yè)的應用也逐漸普遍，改善Scara機器人的應用水平也推動了機器人的發(fā)展趨勢。目前，沈陽、安川是在這個行業(yè)的領頭羊，其他還包括、東莞、啟帆等。新松機器人的性能最好，也得益于沈陽工業(yè)機器人研發(fā)實力。在不斷提升精度的要求下也提升了結構設計。Scara機器人的穩(wěn)定性、運動精度和控制精度上國內(nèi)與國外的主要差距所在。由于我過在機器人上的研究較少，主要研究在中型的scara機器人，結構優(yōu)化不夠，精度要求也不高，工作范圍、條件有限，未來的發(fā)展還有很大的上升空間。國內(nèi)在結構設計，控制系統(tǒng)的設計、軟件編程以及對運動控制方面已經(jīng)熟練掌握，對于裝配方面有了許多成就，推動國內(nèi)機器人技術不斷向前發(fā)展。由于我國對于應用的研究讓還不夠透徹，對于其他方面的應用仍不太成熟。尤其是對于高智能、高精度的scara機器人研究處于初步階段，高智能化、高精度的機器人對于處理特種任務是非常有力的幫手。這方面的研究是非常重要的，仍需要進一步加強。在現(xiàn)階段，根據(jù)國外機器人在中國的比較，中國工業(yè)生產(chǎn)機器人的發(fā)展趨勢可以大致分為三個層次。機器人機械系統(tǒng)的優(yōu)化，機器人自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化以及機器人運動精度的優(yōu)化。其次，對機器人的運動學和動力學模型進行了科學研究，通過研究不僅可以提升運動精度，還可以提升有效載荷。同時在機器人中加入智能化的元素，也可以對機器人的運動達到精準控制。1.5機器人運動學機器人內(nèi)部的運動有的需要運動學來解決，但是力和力矩不是它所能解決的。為了機器人能夠更好的工作與發(fā)展。學習好運動學是必要的，是操縱和模擬的基礎。機器人學領域的學者-

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直致力于運用位置、姿態(tài)以及它們對時間導數(shù)的不同表示方式，解決基本的運動學問題。本章將給出物體在空間中的位置和方位的最有用的表示方式、在關節(jié)處的聯(lián)結與運動是研究機器人最常見的，以及表示機器人機構幾何學的常用約定。這些表示工具將被用于計算在機器人的運動工作中，工作空間要進行正反運動學，正反微分運動學，靜力運動學的運算。1.5.1正向運動學對正向運動學問題的更一般性描述是給出操縱器的幾何結構以及關節(jié)總數(shù)與組織自由度總數(shù)相同的關節(jié)部分，并找出任意兩個之間的相對位置和姿勢具體的關節(jié)。正向運動學對于機械手坐標優(yōu)化算法的開發(fā)和設計至關重要。這是因為通常通過安裝在關節(jié)中的傳感器精確地測量關節(jié)，而且一點要測量運動軸和實際參考系的相對位置。在實際活動中，兩個坐標軸之間的關系就是正向運動學的問題，一個坐標軸是固定在機架上的。另一個是在工件上的，兩個坐標系相互定位相互服務。對于系列鏈，向前轉(zhuǎn)換是必要的，由于尾部的基礎轉(zhuǎn)換是與其他軸相對固定才得到的。給出的操作器幾何表示的約定，將變換通過數(shù)學公式表達出來，列出一個其次方程通過變換可以寫成矩陣來求解，矩陣的坐標與機器人的定位相互對應。1.5.2逆向運動學機器人的手臂采用串聯(lián)來連接，其動力學問題與尾座的位置和動作有關，通過所得的一系列參數(shù)就能找到其他關節(jié)的相對位置。再次，這只是串聯(lián)鏈的簡要說明。更廣泛的描述是：通過已知的位置和動作，就可以得到其他部位的位置和參數(shù)。給定的兩個部分之間的均質(zhì)方程變換，所有位置的參數(shù)就能夠同等。在正常情況下，對于六自由度系列鏈操縱器，可以轉(zhuǎn)換為“T”。再次考慮轉(zhuǎn)換公式的計算，可以發(fā)現(xiàn)串聯(lián)鏈機械手的逆動力學問題必須通過非線性微分方程來解決。對于六自由度機械手，存在3個方程組，它們與齊次方程排水矩陣中的位置矢量材料無關，而3個與旋轉(zhuǎn)矩陣相關。在后者中，由于旋轉(zhuǎn)矩陣的自覺問題，這三個方程式不能從同一行或同一列導出。這種非線性方程可能很難求解或有多個解（1,33。對于現(xiàn)有解，尾部的預期位置和姿勢必須位于機械手的室內(nèi)空間中。對于實際存在解決方案的狀態(tài)，該解決方案通常不能顯示為封閉的試用解決方案，因此必須使用數(shù)值計算方法。1.5.3正向微分運動學串聯(lián)鏈機械手的正向微分動力學問題是：給出鏈節(jié)中所有單元零件和所有關節(jié)的適應運動速度和位置，并找到最終速度程度。此處的關節(jié)旋轉(zhuǎn)運動速度是指圍繞轉(zhuǎn)盤關節(jié)旋轉(zhuǎn)的角速度，或沿棱鏡關節(jié)滾動的平移轉(zhuǎn)化率。單元的組合速度是固定的單位參考平面坐標起點的速度由單位角速度生成。換句話說，總速度具有6個獨立的分量，這可以完全表示單元的速度場。值得注意的是，該定義包含了如下假設:機構的姿態(tài)是完全已知的。在大部分情況下，這意味著在處理正向微分運動學之前，必須處理正向運動學問題或者逆向運動學問題。在下節(jié)中討論的逆向微分運動學也存在同樣情況。當為了研究動力學而進行加速度分析時，微分運動學正向的是極其重要的問題。計算科里奧利(Coriolis)

加速度和向心加速度分量，需安單元的合速度。1.5.4逆向微分運動學通常機器人的坐標問題都是通過逆向微分來確定的，這是一個極其重要的問題。關于機器人坐標的更多信息。當控制一臺以點對點模式操作的工業(yè)機器人的運動時，為了實現(xiàn)平滑的軌跡光靠計算是沒有用的，還需要大量的實驗來證實，還要通過模擬器來評判。當然，會有無限多的可能軌跡符合此要求。然而，作為最有用最方便最直接的方法還是逆向的微分運動學。該項技術起源于Whitney1.55

和Pieper1.34)的工作。1.6論文研究內(nèi)容從機器人坐標的角度來看，反向微分動力學問題是一個非常關鍵的問題。串聯(lián)鏈機械手反向微分動力學的問題是：給定鏈節(jié)中所有模塊的位置以及尾端的組合速度，可以獲得所有骨骼關節(jié)的運動速度。終端站的骨骼和關節(jié)部分與該位置匹配，并且必須在起點和終端站部分之間產(chǎn)生平滑的軌跡。用于SCARA機器人的驅(qū)動系統(tǒng)的設計必須考慮到機器人的適應率要求，尾部載荷要求和工作室內(nèi)空間要求等設計方案的總體目標，以設計方案并進行改進機器人的驅(qū)動系統(tǒng)，即選擇滿足通信交流伺服電機和驅(qū)動特性中指定的支持設施的減速器。世界上各種類型的機器人的驅(qū)動系統(tǒng)通常選擇中小型輸出功率通信交流步進電動機和高精度減速器配套設施的方法。WhenthecommunicationACservomotorforeachbonejointoftheSCARArobotisselected,thereducerisusedinthedrivesystemtoincreasethedrivingtorqueandreducetheoutputspeedratio.減速比即危及SCARA機器人的拿取東西和放下東西都可以被加速或者減速，已達到操作者的目的。1.7論文設計步驟課題研究的總體步驟為：1對SCARA工業(yè)機器人的電機和絲杠的選型；2對SCARA工業(yè)機器人的主要的零件和部件進行設計；3對SCARA工業(yè)機器人的機械結構進行solidworks演示和對于運行軌跡的計算以及演示；SCARA工業(yè)機器人零部件工程圖及總裝圖；1.8本章小結本章的重點包括主題背景和研究意義以及世界各國的研究現(xiàn)狀。討論了Scara機器人的未來發(fā)展前景和基本構成，它還顯示了基本的設計過程。指出機器人的運動學原理。2各關節(jié)電機的選擇通常，電動機會連續(xù)運行，而步進電動機會在附加電脈沖數(shù)據(jù)信號的作用下逐步運行。它被稱為步進電機，因為它的運動是步進的。機電的工程部件包括步進電機等，能夠接受離散的脈沖信號，并且將其傳遞出去實現(xiàn)機器人的運轉(zhuǎn)。因為步進電機的原理的原因正相關是步進電機的特點，因此它與輸入脈沖在時間上同步，所以通過控制信號的順序，電機的順序可以輕松實現(xiàn)工作。獲取所需的角，傳速的比值和運轉(zhuǎn)的角度及方向。當沒有脈沖輸入時，在繞組開關電源的鼓勵下，磁場強度的電磁場使電動機轉(zhuǎn)子保持原始的精確定位狀態(tài)。2.1步進電機的特點與種類步進電動機具有以下特點:

1步進電機的運行狀態(tài)不易受到各種影響因素的影響（例如電源電壓的波動，電流量的大小以及波型，溫度的變化等），而步進電機只能是由它們的大小引起的。在進入電動機之前，它在失去步進功率之前不會危害其正常運行。2步進電機還是有所誤差的。線圈的圈數(shù)的累計也會造成誤差。貨幣旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)后，的可以采取一定的措施把誤差變?yōu)榱?，然后就不容易造成影響?良好的操作特性，在操作，終止和傾覆過程中不容易“丟失”。所以在機器人離采用不是閉環(huán)的方法來控制，從中精度也得到了提高和細化。有著很多差別的不同的步進電機，從運動模式來看，有轉(zhuǎn)動的工作平移的類型，平行線式步進電動機和平面圖步進電動機。通過供電的不同相數(shù)來得知，它們是具有相同電氣類型的3、4、5、6等不同相數(shù)的步進電機，可分為可變磁電型（VR-Varaberluctance）型，永磁體（PM-永磁）型和普通轉(zhuǎn)盤式步進電動機的電動機轉(zhuǎn)子結構?；旌蟿恿Γ℉B-Hybrid）有三種類型，可變磁電步進電動機也稱為電抗步進電動機，其原理是改變電氣類型電動機轉(zhuǎn)子的碳鋼齒之間的磁感應引力是轉(zhuǎn)子的位置發(fā)生了變化。這類電動機具有單一結構和較小的結構水平俯仰角。永久磁性的電機由于它的特性轉(zhuǎn)子上的磁鐵是必不可少的。i形零件的旋轉(zhuǎn)和精確定位受電動機定子和電動機旋轉(zhuǎn)的影響。中間的磁感應吸引了其磁場的磁危害。與感應式步進電動機相互比較，相同體積的永磁式步進電動機具有很大的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)矩大，步進電機角度大。舊的教學改革電動機結合了感應式步進電動機和永磁式步進電動機的優(yōu)點來得到更新。水久磁鐵用于增加電動機的轉(zhuǎn)數(shù)，細極齒用于減小交叉螺距角。這是目前數(shù)控車床上使用最多的步進電機。2.2機器人基本參數(shù)機器人的抓重：≤2kg；自由度：4；大臂回轉(zhuǎn)角度：±90°；大臂角速度：≤20°/s；小臂回轉(zhuǎn)角度：±45°；小臂角速度：≤10°/s；手腕回轉(zhuǎn)角度：±180°；手腕角速度：≤60°/s；手腕升降距離：100mm；手腕升降速度：≤0.02mm/s；大臂長度：300mm；小臂長度：250mm。2.3步進電機的選型與校核步進電機也有別的名稱為離散信號電機，他是將離線的信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖序列最后輸出到軸上面（或線偏移）的實現(xiàn)組件。步進電機輸出的角位移（或線偏移）與輸入脈沖數(shù)成正相關，并且與輸入脈沖在時間上同步。因此，僅通過操縱輸入脈沖的總數(shù)，通過插入電動機繞組的頻率和順序，可以獲得所需的轉(zhuǎn)角，傳動比和旋轉(zhuǎn)方向。當沒有脈沖輸入時，在繞組電流的鼓勵下，伺服電機可以鎖相。步進電機結構簡單，易于制造，質(zhì)量高，價格低。它的電動機轉(zhuǎn)子慣性矩小，動態(tài)響應時間快，易于啟動和停止，正反轉(zhuǎn)和無級變速也很容易完成。它的缺點特別體現(xiàn)在：低頻振蕩，速度對稱性不足以及高速時輸出轉(zhuǎn)矩降低。步進電機的分類：伺服電動機的種類很多，根據(jù)它們的移動方式可以分為旋轉(zhuǎn)伺服電動機和線性伺服電動機。根據(jù)其輸出扭矩的大小，它可以分為快速步進電機。（小轉(zhuǎn)力矩）動力步進電機（低速傳動比）；根據(jù)勵磁調(diào)節(jié)器繞組的相數(shù)，可分為兩相，三相，四相，五相和六相伺服電動機。根據(jù)其基本原理，可以將其分為反應方程式（磁感應式），稀土永磁體和混合示教步進電機。1.無功步進電機。無功（電磁型）步進電機的定子和轉(zhuǎn)子沒有電磁體。電機定子上有一定數(shù)量的繞組電磁線圈。插入電磁線圈時，會引起電磁干擾。旋轉(zhuǎn)的電磁場吸引轉(zhuǎn)子逐步旋轉(zhuǎn)。繞線電磁線圈-關閉電源后，電磁場消失，因此在切斷電源后無功步進電機將不會被鎖定。這類電動機結構簡單，原材料成本低，驅(qū)動非常容易，定子和轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)和加工方便，并且可以制作成橫向螺距角較小，但動態(tài)特性較差，低頻振蕩很容易發(fā)生變化，并且電機溫度更高。2.稀土永磁伺服電機。稀土永磁步進電動機的轉(zhuǎn)子由稀土永磁磚制成。關閉電源后，電機定子上的線圈旋轉(zhuǎn)時不需要極其大的電流。關閉電源后即可使用繞組。鎖定工作能力。這類電動機的特點是它具有良好的動態(tài)特性和較大的輸出轉(zhuǎn)矩，工作電壓低，它不容易變熱，但制造成本較高。由于電機轉(zhuǎn)子受到瓷磚制造和生產(chǎn)過程的限制，而且，通常將配對的LED驅(qū)動器指定為具有細分功能，因此橫向螺距角非常大，通常將配對的LED驅(qū)動器指定為具有細分功能。3.混合式教學步進電機?；旌鲜绞窘蹋ㄓ来鸥袘€圈）伺服電機的轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌有永磁材料?？梢哉f是稀土類永磁體，但是從電動機轉(zhuǎn)子的電磁場的角度來看，它反映得很好。風格相似，因此，它是永德設計風格的一種體現(xiàn)和體現(xiàn)設計風格的方法，因此被稱為混合教學。這種類型的電動機的特點是這類電動機的特點是輸出轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好，交叉螺距角小，led需要的電流小，功能損耗小，這種電動機的特征在于該電動機的特征在于輸出轉(zhuǎn)矩大且動態(tài)特性良好，它們在現(xiàn)階段得到了廣泛的應用。步進電機選型的計算：1.伺服電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量由機械系統(tǒng)軟件確定；根據(jù)所使用的滾珠絲杠測量加到伺服電機軸上的總慣性矩=計算不同種類的步進電機的等效負載轉(zhuǎn)矩；（1）轉(zhuǎn)換為電機驅(qū)動軸上的附加摩擦扭矩：

——在滿負載下快速啟動，轉(zhuǎn)換為更大的電機軸加速轉(zhuǎn)矩。單位為。

——移動部件運動時折算到電動機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為。

——鞏珠絲杠預緊后，轉(zhuǎn)換為電機驅(qū)動軸上的附加摩擦扭矩，單位為。具體計算過程如下:在滿負載下快速啟動，轉(zhuǎn)換為更大的電機軸加速轉(zhuǎn)矩：

——步進電機驅(qū)動軸上的總慣性矩，單位為；

——電機驅(qū)動軸上的角加速度，單位為；

——電機轉(zhuǎn)速的單位為；

——電動機加速的公共時間單位通常在0.3秒和1秒之間。在運動部件進行健身鍛煉期間轉(zhuǎn)換為電動機驅(qū)動軸的摩擦扭矩：

——滑軌的滑動摩擦，單位為N；

——滾珠絲杠索引圓直徑，單位為m；

——變速箱效率，一般?。皇街袑к壍哪Σ亮椋骸獙к壍哪Σ烈驍?shù)：——垂直方向的工作載荷,單位為N:——運動部件的總重力,單位為N：滾珠絲杠預緊后折算到電動機軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩：——滾珠絲杠的預緊力一般作為滾珠絲杠工作時的負荷的，的單位為N：——滾珠絲杠無扭矩時傳動系統(tǒng)效率，一般取:由于滾珠絲杠副的傳動系統(tǒng)效率高，因此計算值并不大，與總和相比通?？梢院雎圆挥?。（2）在重工作負載條件下由電機驅(qū)動軸承受的負載扭矩：和如上所示，而折算到電動機上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩通常，眾所周知，應將附加到伺服電機驅(qū)動軸上的較大的等效電路負載轉(zhuǎn)矩設置為：以上計算的T。將其乘以安全系數(shù)K，然后，使用KT值基本上檢查伺服電機的大靜態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)矩。其中的索引K稱為安全系數(shù)。因為在使用制造工廠時，當降低電網(wǎng)的工作標準電壓時，伺服電機的輸出轉(zhuǎn)矩會降低，這很可能導致失步甚至匝間轉(zhuǎn)彎。因此，當靜態(tài)狀態(tài)下?lián)碛屑哟蟮呐ぞ卦谶x擇步進電機時，必須考慮到安全系數(shù)k，選擇2.5。得。型號相數(shù)步距角電壓電流最大靜轉(zhuǎn)矩空載起動頻率空載運行頻率轉(zhuǎn)動慣量大臂95BC340A31.5/360-11063.921500150001.5小臂90BF00331.5/36051.961500150000.6腕部滾珠絲杠75BC380A30.75/1.53030.982200220000.2腕部滾珠花鍵55BF00331.5/32730.6661800180000.060表2-13SCARA機器人的關鍵結構設計及仿真驗證本課題研究所設計的智能機器人屬于平面圖骨關節(jié)型智能機器人。它具有四個可玩性和三個旋轉(zhuǎn)關節(jié)。軸彼此平行。末段提舉運動。實際的機械結構由底座和臂末端的電動執(zhí)行器組成。每個部分都具有多種可動性，形成了多種自由度的機械結構?；嘏鋫淞诵D(zhuǎn)機構。肩關節(jié)脫臼。手臂由手臂和手臂組成。末端的電動執(zhí)行器臂是爪形臂結構。該智能機器人不僅具有剛性高，精度高，操作速度快，安裝空間小，程序設計的可玩性等優(yōu)點，而且可以組裝成電焊機器人，全自動點膠機器人和自動點膠機器人。光電設備智能機器人。檢查機器人，發(fā)布智能機器人和手機軟件智能機器人等，然后以有效的安裝，電焊，運輸，裝卸等姿勢使用。當機器人被模塊化時，其控制模塊彼此不相關，結構緊湊，并且安裝方便。一些控制模塊可以應用于其他種類的多關節(jié)機器人。3.1機器人的總體設計由于機器人的主軸位于機器人的前臂末端，因此相對角速度很大，并且對凈重和慣性力特別敏感。因此，需要具有緊湊的結構和更輕的重量。傳動方式規(guī)定，要另外完成主軸軸線均勻的直線運動和手臂繞軸線的旋轉(zhuǎn)，最后選擇同步皮帶輪配合外螺紋滾珠絲杠完成主軸的垂直運動。另外，還必須認真考慮前臂第二骨關節(jié)的傳動設計。這是因為電動機的凈重將擴大前臂的聚焦扭矩和所有臂的驅(qū)動軸的慣性矩。結合新項目的特點，前臂的驅(qū)動電機安裝在基軸上，同步皮帶輪用于驅(qū)動小臂。在此階段，減速箱或行星齒輪箱在智能機器人的傳動系統(tǒng)中至關重要。減速器適用于負載，快速和高精度場所。行星減速器還具有減速比大，承載能力大，傳動系統(tǒng)精度高，傳動系統(tǒng)穩(wěn)定，傳動系統(tǒng)效率高，結構簡單，體積小，質(zhì)量輕的優(yōu)點，與減速器有關。制造成本較低很多。因此，方案設計中使用了行星減速機，該諧波減速器直接與電動機連接并安裝在定徑臂內(nèi)部，以完成一拖二聯(lián)合驅(qū)動系統(tǒng)。設計方案廣州中山大學的臂架采用諧波減速器和扭轉(zhuǎn)徑向交叉型短圓柱滾子軸承構造，具有較高的彎曲剛度，可以承受徑向工作壓力和軸向轉(zhuǎn)矩，諧波減速器相互配合，可以滿足要求。智能機器人大小的手臂，具有高剛性和良好的抗傾覆力矩的工作能力。各關節(jié)的傳動方案最終確定如下大臂回轉(zhuǎn)交流步進電機一城皆波減速器一大臂手臂旋轉(zhuǎn)通信交流伺服電機，行星減速器，同步皮帶輪，手臂手腕的均勻線性運動與交流伺服電機，同步帶輪，外螺紋滾珠絲杠，主軸軸承臂旋轉(zhuǎn)，交流伺服電機和手結構相通。3.2機器人關鍵零部件設計計算本文中的設計概念是自下而上的。維修機器人的尾端是滾珠絲杠花鍵軸的一部分。根據(jù)200L計算在垂直位置左右移動的螺釘?shù)男谐贪才?。第三，第四骨關節(jié)采用滾珠絲杠花鍵軸的一體化設計方案，由滾珠絲杠，絲杠螺母，花鍵軸螺母等組成。傳動裝置結構緊湊，具有良好的特性。3.2.1滾珠絲杠－花鍵設計根據(jù)提供的原材料，THK的高精度滾珠絲杠花鍵軸零件已被選入新的項目研究和設計計劃中，但交貨日期太長，因此使用BNS1616A300L，軸的凈重為1.21kg/m。滾珠絲杠零件的螺母質(zhì)量為0.31kg，滾珠花鍵的螺母質(zhì)量為0.44kg，螺母的凈重由滾動軸承安裝，可以忽略不計。Scara智能機器人滾珠絲杠和花鍵的軸長為200mm，主軸軸承本身的重量為0.363kg，滾珠絲杠驅(qū)動電機可以配備制動系統(tǒng)，因此無需應用制動系統(tǒng)。滾珠絲杠較大工作時的載荷的計算：

方位載荷，

該載荷是水平載荷，

該載荷是垂直載荷，單位均為N；G為移動部件總動力，單位為N；K為顛覆力矩影響系數(shù)；

為運動導軌的摩擦因數(shù)。

滾珠絲杠副的使用壽命是針對企業(yè)的（其中T為使用壽命，對于通用機械設備，T=5000-10000h，對于數(shù)控車床和通用機械設備，T=15000h：n是每分鐘的速度）滾珠絲杠的）；

負載系數(shù)，查表可得。

強度指數(shù)（當58HRC時取1.0，當?shù)扔?8HRC時取1.11：當?shù)扔?2.5HRC時取1.35：當?shù)扔?5HRC時取2.40）；

對于較大的滾珠絲杠副工作負荷，企業(yè)為N。選擇滾珠絲杠時，應提高最大功率。當滾珠絲杠副在靜態(tài)數(shù)據(jù)或低速齒輪下長時間承受工作負荷時，也應定為額定靜態(tài)負荷。根據(jù)數(shù)據(jù)信息查看材料，選擇規(guī)格型號BNS1616A-300L的滾珠絲杠。3.2.2scara機器人大臂結構設計Scara智能機器人的大臂結構cad零件圖，第一個骨骼關節(jié)（大臂旋轉(zhuǎn)關節(jié)）選擇電動機和減速器來形成傳動系統(tǒng)方案。動臂的設計方案包括動臂本身，動臂驅(qū)動馬達，行星減速機，主動皮帶輪，傳動帶，兩軸機床主軸軸承和行星減速機。動臂設計計劃符合規(guī)格改進和最小慣性矩標準。為了更好地減少工作引起的慣性矩，我們還將制定符合要求的汽車輕量化設計方案，可靠性設計結構以及第一個骨關節(jié)的驅(qū)動器電機的安裝。在底座的內(nèi)部，靈活使用底座的室內(nèi)空間可以使結構更緊湊。另外，第二骨關節(jié)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達安裝在C形支撐架上，以減輕大臂承受的重力，從而減少了運動全過程所產(chǎn)生的慣性力和振動沖擊。根據(jù)自上而下的設計原理，動臂馬達根據(jù)固定法蘭固定在智能機器人的基座上。動臂馬達的輸出軸與行星減速機的輸入軸連接。行星減速機固定在C形固定支架上，其輸出端與動臂連接。大臂小臂馬達的輸出運轉(zhuǎn)軸，行星減速器的輸入軸和I軸的中心線重疊。當?shù)谝魂P節(jié)的驅(qū)動馬達工作時，減速器的速度降低，然后動臂根據(jù)減速器的輸出旋轉(zhuǎn)。另外，在動臂旋轉(zhuǎn)圓的上方位置，使用設計限制開關塊將動臂的旋轉(zhuǎn)限制在±90度的范圍內(nèi)，具有避免碰撞的功能。本文中的SCARA智能機器人動臂結構設計，選擇了模塊化標準，有利于安裝維護，簡化了實際操作。3.2.3scara機器人小臂的結構設計根據(jù)明確的傳動系統(tǒng)計劃，本主題研究的前臂結構由前臂減速器，前臂本身，前臂電機，三個或四個骨關節(jié)的兩個驅(qū)動電機，兩個正皮帶輪，兩個同步帶，馬達座椅，等成分組成。前臂機械系統(tǒng)的安裝方法與大臂的安裝方法不同。前臂由馬達和同步帶驅(qū)動。前臂骨關節(jié)的驅(qū)動器電機按照固定法蘭安裝在C形支撐架的上端。這種設計方案的優(yōu)點是沒有傳統(tǒng)的電動機加減速方法。同步帶傳動系統(tǒng)減速比精確，具有皮帶輪，緩沖沖擊，吸收振動的優(yōu)點。前臂連接在肘關節(jié)螺母支撐架和馬達座之間，第三和第四骨關節(jié)的兩個驅(qū)動馬達分別放置并固定在前臂的馬達座上，從動皮帶輪與固定裝置相連。座位。在前臂上的行星減速器的輸出軸上。前臂馬達根據(jù)正時皮帶與動臂末端的從動皮帶輪連接。與大臂的設計相似，前臂旋轉(zhuǎn)圓的上部位置也設計有一個相對有限的塊，用于將前臂限制在±45度以內(nèi)旋轉(zhuǎn)。防止過度轉(zhuǎn)動而造成ＳＣＡＲＡ機器人部件的損壞。3.2.4scara機器人腕部設計腕關節(jié)，肘關節(jié)的結構設計具有兩種可玩性，即主軸的旋轉(zhuǎn)和主軸的左右移動，因此選擇滾珠絲杠花鍵結構，簡化了結構的復雜性。肘關節(jié)的關鍵包括：滾珠絲杠軸，滾珠絲杠部分，鋼球花鍵部分，螺母支撐架和2個從動皮帶輪。螺母和花鍵螺母中的一個固定在螺母支撐架的兩側，滾珠絲杠軸穿過螺母和花鍵螺母，一端安裝有連接法蘭，另一端安裝有連接法蘭。一個隨機的結局。從動皮帶輪安裝在螺母支撐架內(nèi)側的螺母和花鍵螺母上。根據(jù)從動皮帶，兩個從動皮帶輪均連接至馬達座椅中的主動皮帶輪。鎖緊螺母展開變速箱系統(tǒng)。鍛煉主軸有三種主要方法。鎖緊螺母和花鍵螺母完成后，腕關節(jié)的融合可描述為：（1）主軸的左右移動：步進電動機1根據(jù)同步帶旋轉(zhuǎn)，以從驅(qū)動輪驅(qū)動滾珠絲杠部旋轉(zhuǎn)，然后驅(qū)動絲杠螺母旋轉(zhuǎn)。此時，步進電動機2不旋轉(zhuǎn)，并且主軸的左右移動完成。（2）主軸的螺旋運動：步進電動機2旋轉(zhuǎn)，并且花鍵軸螺母根據(jù)步進驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，并且步進電動機1不旋轉(zhuǎn)以完成主軸的螺旋運動。（3）健身運動主軸的旋轉(zhuǎn)：步進電機2旋轉(zhuǎn)，主動輪2根據(jù)正時皮帶旋轉(zhuǎn)，帶動花鍵軸螺母旋轉(zhuǎn)。另外，步進電動機1旋轉(zhuǎn)，并且通過花鍵軸螺母沿相反的方向進行補償。由旋轉(zhuǎn)引起的主軸升程，然后完成主軸的旋轉(zhuǎn)。圖3-24scara機器人結構的優(yōu)化在SolidWorks軟件中進行建模然后對結構進行優(yōu)化，使方案切實可行。圖4-14.1減速器減速比的優(yōu)化WhenthecommunicationACsteppingmotorforeachbonejointoftheSCARArobotisselected,thereductionratioofthereducerimmediatelydeterminesthelargeroutputspeedratioandoutputtorqueofeachbonejoint,therebydeterminingoneoftheelectricactuatorsattheendoftheSCARA機器人?？傮w規(guī)劃是實際運行周期中最短的系統(tǒng)周期。因此，根據(jù)SCARA機器人的結構特點，總體目標是使總體規(guī)劃中的一次軌跡移動軌跡時間最小化，并提高減速機的減速比，從而使交流交流步進電機的性能得到提高。電機可以完全顯示。降低驅(qū)動系統(tǒng)軟件的成本，并改善機器人的動力學和動力學模型性能。在此階段，機器人驅(qū)動系統(tǒng)軟件減速器的減速速度小于促銷工作中的減速速度。Hermite矩陣理論已經(jīng)為串聯(lián)機器人的交流伺服電動機的主要參數(shù)預先開發(fā)了可能性，但并未提高交流步進電動機支持設備的減速器的減速比。在分析SCARA機器人的DH平面坐標時，使用S形速度曲線來對SCARA機器人在笛卡爾室內(nèi)空間中的連續(xù)平行運動軌跡進行總體規(guī)劃。最后，總體規(guī)劃的路徑是整個軌跡的最短時間。目的是要限制交流步進電機的運行標準，并升級驅(qū)動系統(tǒng)軟件的減速比。步進電機的電機應用標準為：當電機繼續(xù)運行時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩和速比應低于額定值。當電動機保持換檔時，指定電動機的輸出轉(zhuǎn)矩和速度比低于最大值。因此，在選擇交流步進電機電動機型號之后，為了更好地減少總體規(guī)劃路徑運動軌跡的時間，一方面，期望選擇大的減速比減速器來擴大驅(qū)動器的