肖郑进[1]2002年在《SCARA平面关节式装配机器人设计与精度分析》文中研究指明由于装配机器人的广泛应用，精度问题引起越来越多学者的关注。精度是装配机器人主要技术指标，实际上是指机器人末端执行器能准确到达预先指定位姿的能力，它包括位姿重复性和位姿精确性等。 本文推导了机器人工作空间位姿变换矩阵，建立了完整的机器人末端位姿误差分析模型。探讨了运动学参数误差标定、机器人末端位姿误差补偿、运动学参数误差优化分配的方法。其中，着重论述了关节间隙对机器人运动学参数影响。结合SCARA平面关节式装配机器人设计，编写了SCARA平面关节式装配机器人精度系统分析程序，全面分析了SCARA平面关节式装配机器人末端位姿精度：研究了对机器人末端位姿误差影响最大的误差因素，总结出机器人误差分配原则，作出机器人末端位置误差在工作空间分布规律图，提出根据机器人末端位置误差分布规律图选择机器人装配作业点。仿真结果验证所建立的机器人位姿误差理论的正确性，位姿误差补偿、运动学参数误差优化分配方法对于提高机器人精度的实用性。
郑国穗[2]2014年在《SCARA平面关节式装配机器人的设计与研究》文中进行了进一步梳理自进入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（Selective Compliance Assembly Robot Arm）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ANSYS Workbench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；并通过模态分析，得到1—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，以叁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Solidworks motion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，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。
熊青春[3]2006年在《四自由度教学机器人的研制》文中提出本文设计了一个教学用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,叁个旋转自由度,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。 本文用模块化没计方法设计了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。设计了组成控制系统的硬件和软件。机器人系统采用基于PC的开放式运动控制体系架构,运动控制采用基于PCI总线的高性能多轴运动控制卡。在Windows环境下用Visual C++开发控制系统软件。本文还研究了机器人轨迹规划技术,讨论了SCARA机器人的关节空间轨迹规划算法和笛卡儿空间的两种直线轨迹插补方法。
卢军, 郑国穗, 马金锋, 刘杰[4]2014年在《SCARA机器人结构优化设计与运动分析》文中进行了进一步梳理为了设计出一种在结构和传动性能上更为优越的SCARA平面关节式机器人,在传统设计的基础上,根据装配机器人的总体要求和主要技术参数,在SolidWorks环境下,对SCARA机器人进行了叁维模型设计,并选择减速电机与同步带配合传动为最终方案;通过分析SCARA装配机器人的结构及特点要求,采用丝杠螺母与花键母配合的方式,对主轴结构进行了优化;在SolidWorks Motion模块中进行运动学仿真,得到运动方向的曲线图,证明了该方案的合理性,为物理样机的制造提供了借鉴和依据.
李晨[5]2015年在《全固定电机驱动的SCARA机器人的研究》文中研究指明随着工业自动化的发展,工业机器人的应用也越发广泛。针对某些中、小型企业需要一种价格在2万元以内的小型搬运机器人的需求,本文设计了一种全固定电机驱动的SCARA机器人,其结构与传统SCARA机器人不同,它所有的驱动电机安装在基座内,采用套轴和同步带的传动方式传递运动,机械手末端采用气缸和吸盘完成对工件的取放,其价格便宜且工作稳定可靠,适用于一般精度的平面运动的搬运作业。因此全固定电机驱动的SCARA机器人的研究十分具有工程应用价值。本文主要对全固定电机驱动的SCARA机器人进行理论分析和机械结构设计,主要内容如下:建立SCARA机器人的简单模型,采用齐次变换矩阵和代数法分别对SCARA机器人的运动学正、反解进行详细推导,并通过SolidWorks Motion对SCARA机器人进行运动学仿真,其结果验证了运动学反解的正确性,为控制系统的软件开发奠定基础。采用Lagrange法推导SCARA机器人的动力学方程,并通过数值算例计算出关节的驱动力矩,并通过SolidWorks Motion对SCARA机器人进行动力学仿真,得到关节的驱动力矩。对比结果表明,SCARA机器人动力学理论分析的正确性,另一方面为样机的电机选型、关节材料选择和套轴结构设计等提供理论支持。通过ANSYS Workbench对SCARA机器人的小臂、大臂、套轴和整机结构进行静力学分析,结果表明它们达到机械强度和刚度要求。并对可能产生共振的小臂结构进行模态分析,其结果表明小臂的固有频率远大于共振频率,不会产生共振,满足设计要求。对SACRA机器人机械部分进行设计,根据基本技术参数,确定其传动方案,对步进电机、同步带、气缸、吸盘和真空发生器等主要标准件进行选型,并对大臂套轴和小臂套轴结构与布局进行详细设计。最终完成了可用于实际作业的SACRA机器人样机。对SCARA机器人物理样机进行实验研究,首先搭建样机实验平台,然后检测样机的主要技术参数指标,其结果达到设计要求,最后对物理样机的搬运作业进行实验研究。本文研究有利于平面小型搬运机器人的应用与普及。
马健[6]2016年在《高动态性能平面关节机器人关键技术研究》文中进行了进一步梳理近年来,随着汽车、钢铁、建造行业的快速发展,生产效率成了这些行业发展的关键,工业机器人以其高速度、高精度、持续劳动时间长等特点发挥着巨大作用。随着装机数量的快速增长,本体设计与传动技术等关键技术起着不可忽视的作用。本文在考虑本体设计及传动技术的前提下,针对产品的分拣,小型零部件的搬运以及装配工作,设计了一种SCARA工业机器人。SCARA(Selectively Compliance Assembly Robot Arm)具有四个自由度,由于其在选择方向上具有柔顺性,在水平运动方向上柔性好,在垂直运动方向上刚度高,被广泛应用于装配作业。论文的主要工作如下：第一,针对课题所选类型的机械臂进行了调研,结合国内外的研究现状和发展趋势,讨论本文研究的内容及意义。第二,根据SCARA机器人的应用特点,结合客户实际需求,采用模块化的设计理念完成它的本体设计,针对作业需求确定传动方案的比较与选择、关键零部件的初选与验证、大小臂及手腕部分的结构设计,这种模块化的设计方法可应用于其它型机器人。第叁,运用D-H参数法对所设计的SCARA机器人进行运动系统建模,通过变换方程实现运动学正解,同时结合代数法和几何法实现运动学逆解。针对运动过程中可能存在的奇异性问题,利用雅克比矩阵,计算奇异点位置,为机器人运动轨迹规划和力矩分析计算,奠定必要基础。第四,分析几种常用的动力学建模方法,选用Lagrange法建立SCARA机器人的动力学显式方程,用最简单的形式分析4自由度的机器人动力系统。由于4自由度机器人系统是非线性和高度藕合的,因此动力学方程往往非常复杂,比较Lagrange法建立的动力学方程中的各项,从而确定它们对于总力矩或动力的影响程度,适当地去除非重要项,得到动力学系统简化形式,便于进一步分析。第五,根据客户需求,结合实际,运用叁维制图软件建立模型,运用ADAMS仿真软件实现本课题SCARA机器人的运动学仿真,得出各关节性能指标的运动曲线,关键部件的验证与校核,整机频率分析；运用MATLAB实现本课题SCARA机器人的五次多项式插值的轨迹规划方面的一系列叁维仿真,证实系统的实用性和可开发性。第六,以重复定位精度、定位准确度、轨迹精度及其重复性、末端速度等作为参数,在不影响作业需求的前提下,提出相应的改进措施,以用来提高SCARA机器人的精度。针对精度改进措施,进行样机试验,验证其准确性。第七,总结本文工作,并提出不足和展望。本文通过对SCARA机器人的结构设计,以提高工作效率、机器人精度为目标,选取机械臂的四个参数,针对性的进行机构尺寸改进,设计并完成了本体样机,进行实验验证,给定相同的实验条件,通过比较改进前后的关节力矩证实了经过机构尺寸改进后机器人的动力学性能得到了显着的提高。
魏心友[7]2016年在《SCARA机器人多目标优化设计研究》文中提出SCARA机器人作为智能制造体系中的一种数字化智能装备,具有高速率、高精度、结构简单、轻便易控制等优点。随着工业自动化技术的发展,SCARA机器人在生产过程中应用日益广泛,对机器人在工作过程中大臂应力形变、作业区域面积、末端挠度也提出更高要求。本论文课题依托于上海市科学技术委员会科研计划项目(高可靠精密多轴伺服机械手及关键部件的技术开发,13dz1100501),主要在中国电子科技集团公司第二十一研究所开展研究,并取得较好成果。本文通过分析SCARA机器人整机构成及其传动方案,研究其关节之间的连接属性,建立SCARA机器人运动学模型并对机器人进行正、逆运动学分析,在ABAQUS环境中建立机器人大臂有限元模型;采用Python语言对所建立的模型进行二次开发,并将模型脚本导入到modeFrontier的多目标优化设计模型中,采用多目标遗传算法NSGA-II(Nondominated Sorting Genetic Algorithms),进行SCARA机器人大臂形变最小与质量最小多目标优化分析,得出其Pareto优化解集,并用基于modeFrontier的MCDM(Multi-Criteria Decision Making)法进行大臂Pareto前沿择优。然后采用刚柔耦合多体模型分析得出机器人在工作过程中末端挠度变化曲线,确定SCARA机器人挠度最大位姿,并在最大位姿位置建立机器人整机有限元模型,求解机器人整机末端挠度。在modeFrontier整机多目标优化设计模型中采用NSGA-II算法求解基于作业区域面积最大和末端挠度最小的臂长优化分配Pareto优化解集,并用基于modeFrontier的MCDM法,同时考虑安装空间和精度要求,进行整机结构多目标优化Pareto前沿择优。根据上述择优计算结果在中国电子科技集团公司第二十一研究所制造了样机并进行了定位精度试验,试验结果验证了本文优化计算与分析完全符合设计要求。本文课题来源于工程实际需求,并经工程试验样机检验,效果较好,研究方法和结果具有一定的实用参考价值。
张红[8]2008年在《SCARA机器人小臂结构特性分析》文中研究说明SCARA机器人由于体积小,传动原理简单,被广泛运用于电子电气、家用电器,精密机械等领域。随着社会需求的增大和技术的进步,SCARA机器人将会得到迅速的发展。为了尽快将我国的装配机器人产业化,SCARA机器人的设计和生产单位急需对这种机器人的结构和性能进行充分的理论分析和优化。因此,研究和应用先进的分析计算方法,解决结构的优化问题,具有十分重要的理论意义和实用价值。本文针对SCARA机器人小臂,首先从最为有效的数值计算方法——有限单元法入手,通过弹性力学和有限元的相关理论分析,为小臂的结构特性分析奠定了理论基础;然后,利用ANSYS软件对小臂建立有限元分析模型,并在此基础上进行结构静力分析,研究其应力、应变分布状况,分析其强度和刚度等力学性能,为结构优化设计提供依据;又运用模态分析理论,在ANSYS模态分析软件中进行小臂模态分析,获取小臂的前五阶固有频率和振型,对小臂结构的振动特性进行了初步的研究。最后,本论文又利用ANSYS的优化功能,优化了小臂的截面尺寸,从而减少了小臂的质量。计算结果表明,本文所建立的有限元模型合理,静、动态分析结果准确,优化效果较为明显,为SCARA机器人的改进和今后的结构设计提供了依据。
程汀[9]2008年在《SCARA机器人的设计及运动、动力学的研究》文中提出平面关节型机器人,即SCARA(Selectively Compliance Assembly Robot Arm)型,是具有四个自由度的工业机器人,由于其水平运动方向上柔性好,而垂直运动方向刚度高,被广泛应用于装配作业。本文根据SCARA机器人的应用特点,首先采用模块化设计理念完成它的本体设计,其中某些模块设计方法可被其它型机器人借鉴。其次,根据D-H法对所设计的SCARA机器人进行运动系统建模,通过变换方程实现运动学正解,同时结合代数法和几何法实现运动学反解。同时,根据机器人轨迹规划技术,讨论本SCARA机器人的关节空间轨迹规划算法和笛卡儿空间的直线轨迹插补方法。再次,设计、选择、搭建机器人的运动控制系统,并进行初步测试;此外,根据现有机器人动力学分析方法,选择Lagrange法建立本设计机器人的完整动力学显式方程,基于能量以最简单的形式分析复杂的系统动力学。最后,根据上述分析,使用Matlab编程实现本SCARA机器人运动学、动力学及五次多项式插值的轨迹规划方面的一系列叁维仿真,证实系统的实用性和可开发性。
朱龙杰[10]2017年在《自动安平水准仪自动化装配关键技术研究》文中进行了进一步梳理自动安平水准仪依靠内部补偿器的作用能够始终保持视准轴处于水平状态而无需进行精平操作,因而被广泛应用于水准测量之中。由于水准仪结构的特殊性,现在普遍采用手工装配。随着同类产品竞争日益激烈和用人成本的不断提高,使用自动化装配提高水准仪生产效率成为企业的迫切需求。本文根据现有的装配流程及工艺,设计了自动安平水准仪自动装配系统,主要完成了以下工作:1.研究国内外自动装配技术现状和水准仪装配工艺,结合自动安平水准仪误差补偿原理,分析了DAL32LB型自动安平水准仪零部件组成及其结构特点,改进了部分零件结构,制定了水准仪自动装配流程。2.分析自动装配系统所需功能单元种类及优缺点,根据设计思路,确定了自动装配系统各功能单元种类及结构形式,设计了采用多工位回转台式自动装配系统的整体方案,确定了自动装配系统的性能指标。3.根据装配流程及工艺,提出了自动化装配系统的精度设计要求,阐述了各执行机构的工作原理,完成了自动装配系统各个模块的机械机构设计,主要包括自动装配系统中圆形工件转盘、基础件夹具、各工位上下料机械手和各装配动作执行机构的设计,明确了控制系统控制对象。4.结合控制过程的基本任务及要求,完成了自动装配系统的控制系统设计。设计了气动元器件控制方法,选定了可编程控制器和步进电机,介绍了系统控制流程,编写了相应的控制程序,最后完成了触摸屏人机交互界面设计。
参考文献：
[1]. SCARA平面关节式装配机器人设计与精度分析[D]. 肖郑进. 南京理工大学. 2002
[2]. SCARA平面关节式装配机器人的设计与研究[D]. 郑国穗. 陕西科技大学. 2014
[3]. 四自由度教学机器人的研制[D]. 熊青春. 合肥工业大学. 2006
[4]. SCARA机器人结构优化设计与运动分析[J]. 卢军, 郑国穗, 马金锋, 刘杰. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2014
[5]. 全固定电机驱动的SCARA机器人的研究[D]. 李晨. 浙江理工大学. 2015
[6]. 高动态性能平面关节机器人关键技术研究[D]. 马健. 安徽工程大学. 2016
[7]. SCARA机器人多目标优化设计研究[D]. 魏心友. 上海工程技术大学. 2016
[8]. SCARA机器人小臂结构特性分析[D]. 张红. 天津大学. 2008
[9]. SCARA机器人的设计及运动、动力学的研究[D]. 程汀. 合肥工业大学. 2008
[10]. 自动安平水准仪自动化装配关键技术研究[D]. 朱龙杰. 合肥工业大学. 2017
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