SCARA機(jī)器人的設(shè)計(jì)定稿論文

1、 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)SCARA機(jī)器人的設(shè)計(jì)Design of SCARA Robot學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 機(jī)械104 學(xué)生姓名： 顧曉韜 學(xué) 號(hào)： 031003106 指導(dǎo)教師：桂艷（副教授）、金孟霞（副教授） 2014年 06 月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要SCARA機(jī)器人的設(shè)計(jì)摘 要：機(jī)器人的控制是一個(gè)機(jī)器人制造商的核心競(jìng)爭(zhēng)力,因此提高機(jī)器人的性能，降低機(jī)器人的成本并引入新的功能,十分重要。SCARA機(jī)器人是一種附加值極高，被廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域的機(jī)電一體化典型的數(shù)字機(jī)器人。SCARA（Selective Compliance Assembl

2、y Robot Arm） 也就是我們常說(shuō)的選擇順應(yīng)性裝配機(jī)器手臂）。SCARA機(jī)器人眾所周知，為了滿足工作的需要，為了最大化的利用和節(jié)約成本，此機(jī)器人含有4個(gè)自由度，即1個(gè)移動(dòng)自由度加上3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。工業(yè)機(jī)器人正廣泛的用于各個(gè)領(lǐng)域各個(gè)方面，已經(jīng)成為了各行各業(yè)不可或缺的一部分。由于體積小，傳動(dòng)原理簡(jiǎn)單，被廣泛運(yùn)用于電子電氣業(yè)，家用電器業(yè)，精密機(jī)械業(yè)等領(lǐng)域。整個(gè)系統(tǒng)由機(jī)器手，機(jī)器臂，關(guān)節(jié)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成。通過(guò)各自由度步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，完成機(jī)器手，機(jī)器臂的位置變化。下文從工業(yè)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外形勢(shì)開(kāi)始寫(xiě)起，帶出了本畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義。簡(jiǎn)介了關(guān)于SCARA機(jī)器人的一些技術(shù)和一系列例如大小臂，滾珠絲杠，

3、主軸，手腕手爪，同步帶輪，電機(jī)和減速器等各個(gè)零部件的各項(xiàng)參數(shù)的選取和驗(yàn)證。本設(shè)計(jì)是教學(xué)用的SCARA機(jī)器人，因此對(duì)于各個(gè)精度的要求比較低，在可以完成運(yùn)動(dòng)的情況下，是本著節(jié)約成本的原則來(lái)設(shè)計(jì)的。關(guān)鍵詞：SCARA機(jī)器人；自由度畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要Design of SCARA RobotAbstract: Robot control is a key competence for robot manufacturers and a lot of development is made to increase robot performance, reduce robot cost and i

4、ntroduce new functionalities.As the most typical mechatronic digital machines, the added value of SCARA robot technology is very high, it has been widely used in many areas . In order to meet the need of different kinds of work and maximize the prime cost, SCARA Robot (Selective Compliance Assembly

5、Robot Arm is what we often say the Selective Compliance Assembly Robot Arm) comprising four degrees of freedom, namely a freedom of movement with three degrees of rotational freedom. It has been widely used in different kinds of fields, and has become an integral part of our daily lives. On the base

6、 of checking its structure intensity, while it satisfied, we optimize designing of the structure of SCARA robots.The following article will give a brief introduction to some of the technical selection and validation on the robot and a series of various parameters such as the size of the arm, ball sc

7、rew, spindle, wrist gripper, timing belt pulleys, why and gear, and various other parts of the robot.As the design is for a teaching SCARA robot, the requirement for all the parts are much lower. As a result, the cost is the first step.Keywords: SCARA robot ; Degree of freedom淮海工學(xué)院二一四屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄

8、目 錄11 緒論11.1 引言11.2 國(guó)內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)的趨勢(shì)11.3機(jī)器人的研究方向21.4 SCARA機(jī)器人工作原理簡(jiǎn)介31.5 工業(yè)SCARA機(jī)器人一些關(guān)鍵性機(jī)器人簡(jiǎn)介41.6 本文研究的主要內(nèi)容71.7 工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)81.8 SCARA機(jī)器人的特點(diǎn)及意義82 SCAAR機(jī)器人的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)102.1 SCARA 機(jī)器人本體的大體結(jié)構(gòu)102.2 SCARA 機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)112.3 SCARA機(jī)器人的傳動(dòng)方案122.4 減速機(jī)的選用及計(jì)算142.5 關(guān)節(jié)4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇原理及計(jì)算162.6 同步齒型帶的選用及計(jì)算172.7 滾珠絲杠副選用及計(jì)算183 大小臂結(jié)構(gòu)總體

9、設(shè)計(jì)214 機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)225 機(jī)器人的手部的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24結(jié) 論25致 謝26參 考 文 獻(xiàn)27第 26 頁(yè) 共 27頁(yè)淮海工學(xué)院二一四屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論1.1 引言機(jī)器人是一種能夠自主執(zhí)行各種各樣的工作的機(jī)械。因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人在如今社會(huì)運(yùn)用的最為廣泛，所以現(xiàn)在說(shuō)到機(jī)器人，大多是就指的是工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人指的是自主操控的、可以對(duì)3及以上個(gè)軸進(jìn)行編程并且可重復(fù)編程的多用途的在工業(yè)自動(dòng)化中使用的操作機(jī)。它可以搬運(yùn)材料、工件或者夾持工具等，完成各種各樣的工作?？芍貜?fù)編程指不更換機(jī)械結(jié)構(gòu)或控制系統(tǒng)即可更改已經(jīng)編程的運(yùn)動(dòng)或輔助功能。在機(jī)器人總的范疇內(nèi)，除了工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械

10、制造領(lǐng)域，它被廣泛應(yīng)用于毛胚和工件的搬運(yùn)、機(jī)床上下料、刀具和其他輔具的更換，是機(jī)械制造系統(tǒng)特別是柔性制造系統(tǒng)物料運(yùn)輸傳遞的重要裝備，它還廣泛應(yīng)用于裝配、噴漆、焊接以及一些加工工作中。工業(yè)機(jī)器人可以在極度惡劣的高危環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)，因此可以很有效的用它們代替了人類(lèi)。在一些有污染、有危險(xiǎn)或者環(huán)境極其惡劣的地方，機(jī)器人已經(jīng)在很大一部分上代替了人類(lèi)。誠(chéng)然，這是個(gè)好消息，但是隨著時(shí)代的變遷，更多的地方需要機(jī)器人，需求的功能也越來(lái)越多，所以這對(duì)我國(guó)的機(jī)器人也是一項(xiàng)嚴(yán)酷的考驗(yàn)。如今，機(jī)器人慢慢向第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我們不難發(fā)現(xiàn)在很多地方都能看到機(jī)器人的身影。機(jī)器人在我們的日常生活中的地位已經(jīng)越來(lái)越重，幾乎快到了無(wú)法

11、替代的地步。1.2 國(guó)內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)的趨勢(shì)（1）國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)需求日益增長(zhǎng)，但大多為進(jìn)口。工業(yè)機(jī)器人的需求在近些年日益增長(zhǎng)。特別是從2010年起至今，需求量的增長(zhǎng)非常迅速。但是受各方面因素的影響，我國(guó)近百分之七十的工業(yè)機(jī)器人仍然要依靠進(jìn)口才能滿足我們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求。（2）生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化有顯著的提高，但是仍然處于初級(jí)階段在日益增長(zhǎng)的需求和國(guó)家的鼓勵(lì)政策的引導(dǎo)下，我國(guó)很多公司開(kāi)始了自主研發(fā)或合作研發(fā)共同進(jìn)步的步伐。經(jīng)過(guò)這些年的不斷努力，如今已步入初步產(chǎn)業(yè)化階段。一些產(chǎn)品已經(jīng)投放市場(chǎng)，但是由于部分關(guān)鍵技術(shù)難以攻克的原因，我國(guó)自制的工業(yè)機(jī)器人總是存在些許不足，例如加工的精度和生產(chǎn)速度，因此我國(guó)很難大

12、規(guī)模高效率低成本的生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人。綜上，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還需要很長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，如今只能依靠大規(guī)模的進(jìn)口來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的需求。（3）局部領(lǐng)先，總體乏力我國(guó)如今已經(jīng)基本掌握了工業(yè)機(jī)器人的總體生產(chǎn)方式，甚至在一些方面已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際的尖端水平，開(kāi)發(fā)出了例如噴漆、弧焊、搬運(yùn)等機(jī)器人。但是總體乏力，水桶效應(yīng)明顯，短板亦很明顯，因此與國(guó)外相比，我國(guó)只處于尖端國(guó)家二十年前的水平。（4）國(guó)內(nèi)品牌乏力我國(guó)的企業(yè)跟國(guó)外比起來(lái)市場(chǎng)占有率低的可憐，舉個(gè)例子：僅FANUC一家公司，在我國(guó)的市場(chǎng)占有率就高達(dá)令人震驚的23%，強(qiáng)勢(shì)取得四分之一，這不得不引起我們的深思，我國(guó)除了技術(shù)方面的不足，還差些什么。（5）關(guān)鍵技術(shù)方面

13、還很不足雖然我國(guó)現(xiàn)在能自主生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，甚至開(kāi)發(fā)出了一些國(guó)際尖端的機(jī)器人，但是在關(guān)鍵技術(shù)方面仍然受制于人，落后就要挨打這是血淋淋的事實(shí)。特別是高性能交流伺服電機(jī)和精密減速器，我國(guó)都長(zhǎng)期依賴于進(jìn)口。（6）產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有待規(guī)范工業(yè)機(jī)器人屬于高新產(chǎn)業(yè)，因此我國(guó)很多公司都熱衷于生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，但是自古以來(lái)便有這個(gè)道理：有需求就有競(jìng)爭(zhēng)，惡性競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致各種資源的浪費(fèi)。而且如今很多企業(yè)盲目追求利益，固步自封，放棄了零件的加工，這導(dǎo)致了我國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈的嚴(yán)重失衡，很難完成設(shè)計(jì)生產(chǎn)銷(xiāo)售售后等完整的服務(wù)體系。相反國(guó)外各個(gè)品牌在這方面就做的很好。因此我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還有一段很長(zhǎng)的路要走，并且不僅僅在于技術(shù)方面。1.3機(jī)

14、器人的研究方向智能機(jī)器人將是極大地?cái)U(kuò)展了機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。智能機(jī)器人本身能夠認(rèn)識(shí)工作環(huán)境、工作對(duì)象及它的狀態(tài)，它根據(jù)人們給予的指令和自身認(rèn)識(shí)外界的結(jié)果，獨(dú)立地決定工作的方式，由操作機(jī)構(gòu)和移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)，并能適應(yīng)工作環(huán)境的變化。著名機(jī)器人和人工智能專(zhuān)家Brady教授在他編著的“機(jī)器人科學(xué)”這本書(shū)的序言中，總結(jié)了機(jī)器人學(xué)當(dāng)前面臨的30個(gè)難解決的問(wèn)題，這些問(wèn)題涉及到的領(lǐng)域非常的廣泛，從傳感器、視覺(jué)、設(shè)計(jì)、機(jī)動(dòng)性、控制、典型的操作、推理、幾何推理及系統(tǒng)集成等九個(gè)方面進(jìn)行論述了開(kāi)發(fā)、使用和研究機(jī)器人的關(guān)鍵性的問(wèn)題。1.4 SCARA機(jī)器人工作原理簡(jiǎn)介SCARA機(jī)器人的機(jī)構(gòu)包括大臂

15、、小臂、手腕、手爪和底座等部分，它們相互協(xié)作相互配合，從而可以很好的完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)決定了兩個(gè)相鄰的連桿副之間的連接關(guān)系，即可稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)副。有兩類(lèi)運(yùn)動(dòng)副：一種叫做高副另一種叫做低副。當(dāng)連桿之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，假如是面的接觸則稱(chēng)之為低運(yùn)動(dòng)副機(jī)構(gòu)；假如是線接觸或者是點(diǎn)接觸，則稱(chēng)之為高運(yùn)動(dòng)副機(jī)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人有旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)和移動(dòng)的關(guān)節(jié)。圖1.1，圖1.2是一些工業(yè)機(jī)器人的圖例，供大家對(duì)機(jī)器人有一個(gè)大體的了解。圖1.1 SCARA式教學(xué)機(jī)器人圖1.2 波創(chuàng)4軸SCARA機(jī)器人1.5 工業(yè)SCARA機(jī)器人一些關(guān)鍵性機(jī)器人簡(jiǎn)介1.5.1 SCARA機(jī)器人的簡(jiǎn)介1.手臂的工作空間形式SCARA機(jī)器人具備

16、三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，以此在工作平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。具有1個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，以此在垂直平面內(nèi)移動(dòng)。2.手爪的形式手爪是用來(lái)抓物體的，而且還進(jìn)行著細(xì)微的操作。近些年來(lái)對(duì)手爪和多指的抓取物體的研究比較活躍，開(kāi)發(fā)出類(lèi)似人手指的機(jī)器人是他們的奮斗目標(biāo)。人類(lèi)的手指擁有二十個(gè)自由度，它們可以相互配合來(lái)完成種類(lèi)繁多形勢(shì)復(fù)雜的動(dòng)作。以此為要求決定了手爪的結(jié)構(gòu)和自由度。 手爪也稱(chēng)之為抓取機(jī)構(gòu)，一般是由手指、傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)組成的，它們的設(shè)計(jì)是根據(jù)它們的抓取對(duì)象和工作條件。它們不但要有足夠的夾持力，而且還應(yīng)保持恰當(dāng)?shù)木?，手指?yīng)該可以順應(yīng)被抓對(duì)象的外形。手爪的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是手爪的大小，手爪的外形，手爪的機(jī)構(gòu)和它

17、的自由度，目前最常用的手爪和夾持機(jī)構(gòu)都非常的簡(jiǎn)單，如些：吸盤(pán)式手爪它分為真空式吸盤(pán)和電磁式吸盤(pán)等等、承托型的叉子和懸掛式的手爪、吊鉤等等。SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）機(jī)器人是一種平面定位型機(jī)器人。該機(jī)器人是具有四個(gè)自由度的機(jī)器人，關(guān)節(jié)1和關(guān)節(jié)2回轉(zhuǎn)是給定工具的位置，關(guān)節(jié)3回轉(zhuǎn)是給定工具的姿態(tài)，關(guān)節(jié)4方向直線運(yùn)動(dòng)是給定工具的高度。前三個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)完成在工作平面內(nèi)進(jìn)行定位，一個(gè)的移動(dòng)關(guān)節(jié)，是用來(lái)完成末垂直平面內(nèi)的定位和移動(dòng)。該機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是它的機(jī)構(gòu)具有高剛性，定位精度高，所需的安裝空間比較小，所設(shè)計(jì)的自由度大和重力的影響比較小，還有些其

18、他的機(jī)器人沒(méi)有的特點(diǎn)，如該機(jī)器人可以組裝成各種各樣的實(shí)用型的機(jī)器人像用于進(jìn)行焊接的機(jī)器人，插件機(jī)器人等等，使些動(dòng)作的效率大大的提高了，如些裝配，焊接，密封物體，搬運(yùn)物體等些動(dòng)作。所以本論文對(duì)SCARA機(jī)器人進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使它們的結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。對(duì)于現(xiàn)在智能化的時(shí)代，更需要研究這些優(yōu)越的機(jī)器人來(lái)代替人工所不能完成的工作，和提高工作的效率。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，一般包括機(jī)器人的手臂自由度確定，機(jī)器人空間的形狀與機(jī)械的結(jié)構(gòu)類(lèi)型確定，和各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍。由于該論文設(shè)計(jì)的是SCARA機(jī)器人，根據(jù)該機(jī)器人的特定我們可以確定該機(jī)器人的手臂自由度數(shù)是四個(gè)，作業(yè)空間是平面作業(yè)的，只需要高度很小的一

19、定作業(yè)范圍。1.5.2 工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)1.工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)： 工業(yè)機(jī)器人可以按它的控制方式、主要作業(yè)形式、動(dòng)力源種類(lèi)、自由度數(shù)、可搬重量和作業(yè)空間大小等多種方法分類(lèi)。表1-1中所列的是按可搬重量和作業(yè)空間大小的分類(lèi)。 表1.1 機(jī)器人按可搬重量和動(dòng)作范圍分類(lèi) Type Weight/kg 動(dòng)作范圍/m超大型機(jī)器人 >1000 大型機(jī)器人 1001000>10 中型機(jī)器人 10100 110 小型機(jī)器人 0.110 0.11 超小型機(jī)器人 <0.1 <0.1 （1）關(guān)節(jié)組合形式：機(jī)器人手臂是由許多個(gè)剛體桿件經(jīng)過(guò)關(guān)節(jié)組合而成的，關(guān)節(jié)組合可以有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)這三種方式。圖

20、1-3所示機(jī)器人是一種關(guān)節(jié)串聯(lián)方式，它的手臂是由桿件-關(guān)節(jié)-桿件-關(guān)節(jié)依次的串接成的。該機(jī)器人的特點(diǎn)是作業(yè)空間大、作業(yè)靈活、控制簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)剛性差、運(yùn)動(dòng)精度低。一般工業(yè)機(jī)器人都是串聯(lián)機(jī)器人。 圖1.3串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人 并聯(lián)的機(jī)器人的兩個(gè)桿件之間可以有多個(gè)關(guān)節(jié)并聯(lián)連接。圖1-4所示是一種六桿并聯(lián)機(jī)器人。該機(jī)器人的特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)剛性好，運(yùn)動(dòng)精度高，這幾年受到極大關(guān)注。它的缺點(diǎn)是作業(yè)空間小，存在運(yùn)動(dòng)耦合，控制困難。圖1.4六桿并聯(lián)機(jī)器人關(guān)節(jié)串聯(lián)和關(guān)節(jié)并聯(lián)的綜合起來(lái)稱(chēng)為混聯(lián)方式，圖1-5所示為一種并串聯(lián)機(jī)器人。圖1.5并串聯(lián)機(jī)器人（2）單自由度串聯(lián)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)型單自由度串聯(lián)機(jī)器人是機(jī)器人中最常見(jiàn)的

21、機(jī)構(gòu)形式。根據(jù)使用的關(guān)節(jié)及它們的組合不同，可分為五種主要的機(jī)械機(jī)構(gòu)類(lèi)型，如表1-2所示：直角坐標(biāo)機(jī)器人，圓柱坐標(biāo)機(jī)器人，極坐標(biāo)機(jī)器人，關(guān)節(jié)機(jī)器人，SCARA機(jī)器人（包含水平平面關(guān)節(jié)式和垂直平面關(guān)節(jié)式）。表1.2 各種機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)器人的特點(diǎn)及相配的手部形式直角坐標(biāo)機(jī)器人圓柱坐標(biāo)機(jī)器人極坐標(biāo)機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)器人SCARA機(jī)器人作業(yè)空間運(yùn)動(dòng)連特點(diǎn)工作范圍小，占用的空間大，控制直觀方便適用于圓弧軌跡作業(yè)適用于扇形截面回轉(zhuǎn)體空間作業(yè)工作范圍大，能夠完成復(fù)雜的動(dòng)作，但是直觀性差適用于在平面上作業(yè)或者裝配工作，重力影響小1.6 本文研究的主要內(nèi)容如今市場(chǎng)上的SCARA機(jī)器人很多的都將伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，并且選用

22、的減速機(jī)為RV減速機(jī)，但是成本過(guò)高是一個(gè)重要的問(wèn)題。在成本有限的基礎(chǔ)上，我們不難發(fā)現(xiàn)，教學(xué)機(jī)器人對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的要求不像工業(yè)上的要求那么高，所以我們選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)不但在精度上基本能滿足我們的要求，而且成本比之要低很多，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠卻又不影響教學(xué)。一般機(jī)器人設(shè)計(jì)的過(guò)程可分為：設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，總體的設(shè)計(jì)，具體的設(shè)計(jì)，還有完善的設(shè)計(jì)這幾個(gè)階段。我們對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)的步驟總結(jié)是，在機(jī)器人設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)、剛度、誤差等等這些方面建模及大量的分析，計(jì)算和仿真，需要綜合引用現(xiàn)代的微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、信息的技術(shù)以及控制技術(shù)。項(xiàng)目研究的總體步驟是:（1） 研究現(xiàn)有的機(jī)器人產(chǎn)品的性能特點(diǎn)

23、和研究現(xiàn)狀，論證開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的可行性。（2） 通過(guò)研究市場(chǎng)發(fā)展前景和機(jī)器人的工作環(huán)境分析，確定生產(chǎn)系統(tǒng)中與機(jī)器人有關(guān)的參數(shù)，提出機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)要求。如：作業(yè)種類(lèi)，完成作業(yè)所要求的空間大小和形狀，工作的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加速度，工作中的負(fù)載以及需要克服的力和力矩（3） 提出機(jī)器人的性能指標(biāo)，確定研制計(jì)劃和時(shí)間表（4） 提出各種總體設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)對(duì)工藝生產(chǎn)、技術(shù)和價(jià)值分析選擇最佳方案（5） 將總體設(shè)計(jì)發(fā)難分解成部件，選擇可行結(jié)構(gòu)與方案。（6） 將所選的方案和結(jié)構(gòu)組成不同的整體系統(tǒng)，計(jì)算分析個(gè)字的參數(shù)、結(jié)構(gòu)及成本以確定最終設(shè)計(jì)方案并開(kāi)始細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。（7） 繪制裝配圖1.7 工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)根據(jù)工作環(huán)

24、境、工作特點(diǎn)等要求，本 SCARA機(jī)器人應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn):1.外形美觀，適于觀察。如果作為示教用機(jī)器人應(yīng)該讓觀看者賞心悅目，同時(shí)能直觀地了解它的構(gòu)成和動(dòng)作原理。故機(jī)器人的外形應(yīng)巧妙設(shè)計(jì)，部分外殼應(yīng)采用透明材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單明了，另外，機(jī)器人的動(dòng)作應(yīng)連續(xù)，速度適中。2.成本低在滿足所要求功能的前提下 ，盡可能降低成本，這是設(shè)計(jì)的基本要求.如果作為教學(xué)用機(jī)器人只要求有一些示范性動(dòng)作，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。這樣，結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，

25、成本也隨之降低。3.體積小 ，重量輕SCARA機(jī)器人要求抓取重量不大，動(dòng)作范圍也很小，故體積很小，展開(kāi)應(yīng)在60x80cm2左右。要實(shí)現(xiàn) SCARA機(jī)器人的四個(gè)自由度，內(nèi)部零件應(yīng)盡量小巧，結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能緊湊。重量輕是機(jī)器人研制的一個(gè)方向，在滿足強(qiáng)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(yīng)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。4.傳動(dòng)原理簡(jiǎn)單本SCARA機(jī)器人采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(dòng)可選用同步帶傳動(dòng)力求一步到位，傳動(dòng)簡(jiǎn)單。1.8

26、 SCARA機(jī)器人的特點(diǎn)及意義SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）機(jī)器人是一種平面定位型機(jī)器人。該機(jī)器人是具有四個(gè)自由度的機(jī)器人，關(guān)節(jié)1和關(guān)節(jié)2回轉(zhuǎn)是給定工具的位置，關(guān)節(jié)3回轉(zhuǎn)是給定工具的姿態(tài)，關(guān)節(jié)4方向直線運(yùn)動(dòng)是給定工具的高度。前三個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線是兩兩相互平行的，完成了在平面內(nèi)的定位和定向。還剩下一個(gè)的移動(dòng)關(guān)節(jié)，是用來(lái)完成末端工具的升與降運(yùn)動(dòng)的。該機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是它的機(jī)構(gòu)具有高剛性，定位精度高，所需的安裝空間比較小，所設(shè)計(jì)的自由度大和重力的影響比較小，還有些其他的機(jī)器人沒(méi)有的特點(diǎn)，如該機(jī)器人可以組裝成各種各樣的實(shí)用型的機(jī)器人像用于進(jìn)行焊

27、接的機(jī)器人，插件機(jī)器人等等，使些動(dòng)作的效率大大的提高了，如些裝配，焊接，密封物體，搬運(yùn)物體等些動(dòng)作。所以本論文對(duì)SCARA機(jī)器人進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使它們的結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。對(duì)于現(xiàn)在智能化的時(shí)代，更需要研究這些優(yōu)越的機(jī)器人來(lái)代替人工所不能完成的工作，和提高工作的效率。2 SCAAR機(jī)器人的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 SCARA 機(jī)器人本體的大體結(jié)構(gòu)SCARA 機(jī)器人之所以能夠在平面內(nèi)靈活定位,依靠的是兩個(gè)軸線相互平行的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。同理，之所以能夠在垂直方向上定位是因?yàn)閾碛幸粋€(gè)移動(dòng)自由度。SCARA機(jī)器人的1個(gè)移動(dòng)自由度和3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度使其能滿足要求的情況下完成一系列復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。SCARA 機(jī)器人基本結(jié)

28、構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2.1，SCARA機(jī)器人大體由大小臂，腕部，爪部和底座組成。圖2.1 SCARA機(jī)器人裝配圖圖2.2 機(jī)械手爪2.2 SCARA 機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)表2.1 初定SCARA機(jī)器人的各項(xiàng)參數(shù)結(jié)構(gòu)形式參數(shù)負(fù)載的能力1.5千克重復(fù)定位精度±0.2mm每軸最大運(yùn)動(dòng)范圍關(guān)節(jié)1200°關(guān)節(jié)2240°關(guān)節(jié)3100mm關(guān)節(jié)4360°每軸最大運(yùn)動(dòng)速度關(guān)節(jié)190°/S關(guān)節(jié)2180°/S關(guān)節(jié)3100mm/S關(guān)節(jié)4300°/s最大展開(kāi)半徑530mm高度391mm本體重量50Kg幾何尺寸關(guān)節(jié)1（長(zhǎng)度）200mm關(guān)節(jié)2（長(zhǎng)度）330mm關(guān)節(jié)

29、3（長(zhǎng)度）100mm操作方式示教再現(xiàn)/編程供電電源單相220V，50HZ2.3 SCARA機(jī)器人的傳動(dòng)方案機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式的確定對(duì)于機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置的一般的要求：（1）驅(qū)動(dòng)裝置的質(zhì)量要盡可能的輕，但是單位質(zhì)量的輸出功率（功率P/質(zhì)量m的比）要高，效率也要搞；（2）反應(yīng)的速度需要快些，也就是力/質(zhì)量和力矩/轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比直要大些；（3）動(dòng)作要平滑，不產(chǎn)生沖擊；（4）控制應(yīng)要盡可能的靈活，位移和速度的偏差要小些；（5）驅(qū)動(dòng)裝置要安全可靠；（6）驅(qū)動(dòng)裝置要操作方便和它的維護(hù)也很方便；（7）它對(duì)環(huán)境無(wú)污染或污染很少，噪音也要??；（8）經(jīng)濟(jì)要便宜些，最主要的是要盡量減少它的占地面積。 液壓驅(qū)動(dòng) 直流伺服電機(jī)驅(qū)

30、動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置 氣壓驅(qū)動(dòng) 電氣驅(qū)動(dòng) 交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 由于機(jī)器人的要求越來(lái)越高，運(yùn)動(dòng)越來(lái)越復(fù)雜，因此選用電器驅(qū)動(dòng)。表2.2是對(duì)這些驅(qū)動(dòng)裝置的介紹。表2.2 各種驅(qū)動(dòng)裝置的介紹驅(qū)動(dòng)種類(lèi)工作元件 特點(diǎn)氣壓驅(qū)動(dòng)由氣缸或擺動(dòng)氣缸實(shí)現(xiàn)它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有高速度，低成本，控制簡(jiǎn)單和工作空間無(wú)污染，它的功率/重量比相對(duì)較高一般應(yīng)用于簡(jiǎn)單的機(jī)器人。液壓驅(qū)動(dòng)是由液壓缸、擺動(dòng)液壓缸和液壓馬達(dá)執(zhí)行元件完成它的系統(tǒng)的壓力一般為14MPa，所以它的質(zhì)量/功率比最大，它可以通過(guò)使用電液伺服閥完成精確的閉環(huán)伺服控制，但是此伺服閥比較昂貴，而且要用高潔凈度的油來(lái)防止伺服閥堵塞。液壓驅(qū)動(dòng)工作中總有漏油的危險(xiǎn)，需要很貴的管

31、件和良好的維護(hù)來(lái)提高它的可靠性。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主要有永磁式、變磁阻、混合式它常常應(yīng)用于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，能提供較大的低速轉(zhuǎn)矩，一般可以達(dá)到5倍于相同尺寸的直流伺服電動(dòng)機(jī)連續(xù)的轉(zhuǎn)矩，因此可能取消減速箱，構(gòu)成直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。可以直接的完成數(shù)字的控制，它的控制結(jié)構(gòu)比較的簡(jiǎn)單，性能好，價(jià)格又便宜;一般對(duì)位置和速度控制時(shí)不需要反饋; 而且它還有自鎖與和保持轉(zhuǎn)矩的能力，因此它有利于控制系統(tǒng)的定位，它一般適用于小型的機(jī)器人或者是傳動(dòng)功率不大的關(guān)節(jié)。伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鐵心式、表面繞組永磁、動(dòng)圈式永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)采用電刷換向器，它需要定期的維護(hù)，轉(zhuǎn)速不能太高，功率也不能太大，功率/體積比和功率/質(zhì)量比不高。 綜合考慮

32、所設(shè)計(jì)的SCARA機(jī)器人的參數(shù)和所需要完成的工作條件，所以本次設(shè)計(jì)的四個(gè)關(guān)節(jié)都選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。減速器的選擇現(xiàn)在，在機(jī)器人的傳動(dòng)系統(tǒng)中最常使用的有RV減速器和諧波減速器，表2.3是對(duì)這兩種減速器的進(jìn)行的比較：表2.3 兩種減速器的比較減速器的類(lèi)型特點(diǎn)諧波減速器該減速器具有較大的傳動(dòng)比和較大的承載能力，而且它的傳動(dòng)精度也比較高，傳動(dòng)中比較的平穩(wěn)，傳動(dòng)的效率比較的理想，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積比較小質(zhì)量又輕，它的制造的成本價(jià)格要比RV減速器制造的成本價(jià)格要低的很多。RV減速器 該減速器一般應(yīng)用于負(fù)載比較大，速度和精度要求比較高的場(chǎng)合等特點(diǎn)。因此綜上所述在這次的SCARA機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們選擇

33、了諧波減速器，將該減速器和上面所選擇的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置直聯(lián)后，將它們安裝在大臂和小臂的內(nèi)部來(lái)完成第一、二關(guān)節(jié)的傳動(dòng)，這樣我們就可以避免了使用傳統(tǒng)的同步齒形帶而引起的傳動(dòng)精度較低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜和對(duì)安裝的要求高等一些缺點(diǎn)。相關(guān)傳動(dòng)鏈如圖2.3：圖2.3 SCARA機(jī)器人傳動(dòng)示意圖綜上所述，這次關(guān)于SCARA機(jī)器人的四個(gè)關(guān)節(jié)的傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)如下表表2.4四個(gè)關(guān)節(jié)的傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)傳動(dòng)方案關(guān)機(jī)1即大臂回轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)1->諧波減速器->大臂關(guān)節(jié)2即小臂回轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)2->諧波減速器->小臂關(guān)節(jié)3即Z軸方向直線運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)3->同步齒形帶->絲杠螺母->主軸關(guān)節(jié)4即Z

34、軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)4->同步齒形帶->花鍵->主軸2.4 減速機(jī)的選用及計(jì)算大臂的角速度由上文可知為90°/s，而機(jī)器人總重小于等于50kg，所以在這我們不妨假設(shè)基座質(zhì)量小于等于20kg，大臂質(zhì)量小于等于15kg，小臂質(zhì)量小于等于10kg，手腕質(zhì)量小于等于5kg。以第一個(gè)步進(jìn)式電機(jī)為例，則我們可以繼續(xù)假設(shè)大臂、小臂和手腕它們繞著各自的重心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量為：。我們用分別來(lái)代表的是大臂、小臂和手腕的質(zhì)量，、則表示的是大臂、小臂和手腕的重心到第一個(gè)關(guān)節(jié)之間的直線距離，則關(guān)節(jié)軸機(jī)座旋轉(zhuǎn)軸)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:我們假設(shè)重心都在各個(gè)部件的重心部分，那么可以發(fā)現(xiàn)mm，mm，mm。因此

35、可以得知=150.12+100.3652+50.532=2.89由上表格可知，大臂的旋轉(zhuǎn)速度是90°/s。不妨假設(shè)它的響應(yīng)時(shí)間為=0.5s。則可得：T=2.89/4/0.5=4.54N/m因?yàn)樗x的材料必定帶有一定的摩擦系數(shù)， 我們不妨設(shè)T=6N/m。取安全系數(shù)k=1.7.則T=6*1.7=10.2。選用XB3-50-100型號(hào)，下表是它的各項(xiàng)參數(shù)：機(jī)型 60減速比 100半流體潤(rùn)滑脂下最高輸入轉(zhuǎn)速 3000r/min油潤(rùn)滑下最高輸入轉(zhuǎn)速 5000r/min輸入轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)，輸入功率為0.154KW輸入轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速為30 r/min輸入轉(zhuǎn)速為30

36、00r/min時(shí) ，輸出轉(zhuǎn)矩為30Nm 運(yùn)用脂潤(rùn)滑的時(shí)候，XB型1效率約降低5%-10%。XB3型的效率降低較XB1型低20%左右。也就是6%到12%左右。因此我們?nèi)∑骄?%，所以效率為91%。30/1000.91=0.273N.m因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1選擇的型號(hào)為86BYG250BN-0402的兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)在3000rpm時(shí)的轉(zhuǎn)矩是0.6N·m，可以滿足上面的要求。其余幾個(gè)電機(jī)的選擇計(jì)算類(lèi)似，第二自由度選擇86BYG250AN，第三和第四自由度是兩個(gè)56BYG250B。圖2.4 XB3-60-100扁平式諧波傳動(dòng)減速器圖2.4 XB3-60-100扁平式諧波傳動(dòng)減速器表

37、2.5步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)序號(hào)型號(hào)相數(shù)步距角（°）靜態(tài)相電流（A）相電阻（）相電感（mH)保持轉(zhuǎn)矩（Nm）定位轉(zhuǎn)矩（Nm）重量（KG）186BYG250BN20.9/1.841.1115.00.082.6286BYG250AN20.9/1.83.60.97.22.40.081.5356BYG250B20.9/1.82.40.92.40.650.030.482.5 關(guān)節(jié)4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇原理及計(jì)算 第三個(gè)自由度所選擇的傳動(dòng)是絲杠螺母，來(lái)完成腕部的升降，我們不妨假定絲杠軸向的總負(fù)載（Q）為24.5N，根據(jù)查找選擇的絲杠的基本參數(shù)是：梯形式螺紋，接觸角為45°，螺距P為2mm，(公稱(chēng)

38、直徑)為10mm，f（摩擦系數(shù)）為0.1。因此,螺旋升角=arctan2/10=3.73°,當(dāng)量摩擦角=arctan=arctan=6.17°，螺紋阻力矩=d/2Qtan（+）=0.021N·m螺紋摩擦力矩=0.047N·m在上面的式子中摩擦系數(shù)為0.1，Q是指支撐面的平均直徑，它的值取螺母的內(nèi)外直徑的平均值為（10+40）/2=25mm。由上面計(jì)算可得絲杠所受的力矩為=0.021+0.047=0.068 N·m，取它的安全系數(shù)為2，因此該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需要的輸出最小轉(zhuǎn)矩=2=20.068=0.136 N·m，所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)4最終選擇的

39、型號(hào)是56BYG250B，在它1500rpm時(shí)扭矩是0.3 N·m，滿足需求，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2與電動(dòng)機(jī)4選擇計(jì)算類(lèi)似，所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2最終選擇的型號(hào)為86BYG250AN，電動(dòng)機(jī)3選擇型號(hào)為56BYG250B。2.6 同步齒型帶的選用及計(jì)算同步帶輪的傳動(dòng)運(yùn)用于第三個(gè)關(guān)節(jié)所以它的電動(dòng)機(jī)就是型號(hào)為56BYG250B，它的額定功率P為200W，額定的轉(zhuǎn)速為1500rpm，傳動(dòng)比i為1，根據(jù)額定值并考慮到整體布局，我選擇了一對(duì)直徑為60mm的帶輪。()同步齒型帶的設(shè)計(jì)功率數(shù)值的確定：所設(shè)計(jì)的同步齒型帶傳遞的功率會(huì)隨著載荷的性質(zhì)，速度的增減以及張緊輪的配置不同而引起變化，是考慮到載荷的性質(zhì)與運(yùn)轉(zhuǎn)的

40、時(shí)間的工作狀況的修正系數(shù)，為速度增減的修正系數(shù)，是考慮到張緊輪的配置的修正系數(shù)，根據(jù)查表可得為1.4，和都為0，所以：()帶型以及帶輪節(jié)徑及齒數(shù)的選擇：查閱“同步帶選型圖”，最終選擇的帶型為L(zhǎng)型，選用帶輪20L050，它的節(jié)徑為6064mm，外徑5987mm，齒數(shù)為20，節(jié)距=9525mm。計(jì)算帶速：=3.1460.641500/(601000)=4.76m/s查表知一般情況下，L型帶帶速限制為4050ms。所以選用的帶輪滿足要求。（）帶的節(jié)線長(zhǎng)度，齒數(shù)Z及傳動(dòng)中心距的確定初定中心距的選擇范圍是0.7（）<<2()即85mm<<243mm。選=100mm其中mm接近于3

41、90.53，則選擇長(zhǎng)度代號(hào)為154的同步帶，齒數(shù)為41。計(jì)算實(shí)際中心距。=（2390.53-（60.64+60.64）/4=100.0119（）實(shí)際嚙合齒數(shù)Z的確定6（）確定實(shí)際同步帶寬度?！边x取同步帶的寬度為127mm，帶輪寬度為14mm2.7 滾珠絲杠副選用及計(jì)算最大的工作載荷的計(jì)算已知最大工作負(fù)載，它是沿這Z軸方向的，也就是絲杠的軸向。所以，滾珠絲杠的進(jìn)給抗力也就是最大的工作的載荷，是橫向工作載荷?，F(xiàn)在假設(shè)=0.5=7.5N，其中的f是導(dǎo)桿與軸套相互間的摩擦系數(shù)，不妨取其值為0.15因此：=15+7.5*0.15=16.125N最大的動(dòng)負(fù)載（C）的校核滾珠絲杠最大動(dòng)負(fù)載C=，其中L指的是

42、其工作的壽命，即=,而n指的是絲杠的轉(zhuǎn)速，T指的是額定使用的壽命（h），且，T的值取15000h，將數(shù)字帶入L公式中 即可得到L=60x3000x15000=2700指的是運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的系數(shù)，因沒(méi)有沖擊，故取值為1.2，所以=1.216.125=268.965N，根據(jù)查表得到FF1204-3額定的動(dòng)負(fù)載為4kN，安全的裕度是4000/268.965=14.87。因?yàn)楣ぷ鞯妮d荷較小，所以靜載校核一定可以滿足要求。剛度的驗(yàn)算已知絲杠的拉伸變量mm式中的L是滾珠絲杠在支撐時(shí)候的受力長(zhǎng)度，取=120mm：E=206* MPa：絲杠底徑可以近似的等于外徑和滾珠直徑的差，即=。絲杠外徑=-（0.20.25），

43、絲杠的直徑已知12mm，查表知鋼球的直徑=2.381mm，因此絲杠底徑為=-1.25=9.023mm，=63.953mm，所以，=16.125120/(20.5863.953)=1.47mm，由此可得變形比較小，便忽略，因此剛度滿足要求。壓桿穩(wěn)定性計(jì)算失穩(wěn)的時(shí)候的臨界載荷，我們采用兩端固定的支撐方式，查表可以得到為0.25，I是截面的慣性矩，即I=325.37，絲杠的最大工作的長(zhǎng)度為120mm。因此=0.2520.58325.37/=2868.4N，其中指的是長(zhǎng)度的系數(shù)，取值2。絲杠的穩(wěn)定性主要由其安全系數(shù)決定的，即=/=2868.4/16.125遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于=2.54，所以絲杠穩(wěn)定。傳動(dòng)效率計(jì)算

44、，查表可得為4°33，通常情況摩擦角（）為10， 所以，=tg4°33/tg(4°43)=0.96。3 大小臂結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 1機(jī)座 2推力的向心交叉短圓柱的滾子軸承 3極限的行程開(kāi)關(guān) 4連接板 5鍵 6諧波減速器 7驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 8機(jī)器人的大臂 9螺栓 10螺栓 11底座圖3.1基座大臂大臂圖如上圖所示，諧波減速機(jī)6與步進(jìn)電機(jī)7經(jīng)過(guò)直聯(lián)，然后安裝在機(jī)器人大臂8的內(nèi)部。當(dāng)電機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，因受到固定的限制，所以減速器6的輸出軸無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)和減速器以及大臂的反向旋轉(zhuǎn)，因此機(jī)器人的大臂就可以繞著機(jī)座的中心軸相對(duì)固定的轉(zhuǎn)動(dòng)，但是轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和減速機(jī)的輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方

45、向相反。圓周方向，需要安裝1個(gè)極限行程開(kāi)關(guān)，來(lái)限制大臂，使其只能在規(guī)定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣可以免機(jī)器人大臂在運(yùn)工作室發(fā)生不不要的受損碰撞。該設(shè)計(jì)采用的是模塊化的設(shè)計(jì)方法，大臂和小臂運(yùn)用的設(shè)計(jì)方法基本一樣，所以小臂的裝備結(jié)構(gòu)與大臂的裝備結(jié)構(gòu)類(lèi)似，因此SCARA機(jī)器人的小臂的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也是安裝在它的內(nèi)部的。這樣做雖然會(huì)一定程度上增加小臂的慣量，但是對(duì)零部件的制造工藝有益并且對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也簡(jiǎn)化了。小臂的傳動(dòng)原理和大臂的設(shè)計(jì)的是一樣的，它們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路也是一樣的，所以在此省略了小臂的裝備結(jié)構(gòu)圖。4 機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)1同步齒形帶輪和齒形帶 2電動(dòng)機(jī)的連接板 3小臂 4步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 5電機(jī)的罩 6滾珠

46、絲杠 7滾珠螺母 8滾珠螺母的連接板 9步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 10電動(dòng)機(jī)的連接板 11上端蓋 12上外殼的罩 13制動(dòng)器 14光電的行程開(kāi)關(guān) 15行程的觸發(fā)條 16小圓的螺母 17推力球的軸承 18主軸 19導(dǎo)柱 20帶輪的支撐套 22主軸的下端蓋圖4.1手腕上部為腕部的裝配圖。為使精度有保證和加工的方便我們將支撐上端蓋殼體和滾珠絲杠的上端蓋11設(shè)計(jì)為分離式的結(jié)構(gòu)，通過(guò)殼體的兩個(gè)端面，機(jī)器人小臂3和上端蓋11它們之間的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)絲杠和主軸的平行度。因?yàn)橹行木嗪蛶У膹埦o力是由同步齒形帶來(lái)調(diào)整的，所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)9要先安裝于電動(dòng)機(jī)的連接板10上，再后用螺栓將連接板和上端蓋栓在一起，而上端蓋的作用是連接步進(jìn)電動(dòng)

47、機(jī)的連接板上的四個(gè)孔的，并且螺栓可以完成微調(diào)功能在兩個(gè)帶輪的中心線的方向上。因此也可以實(shí)現(xiàn)帶的張緊力和兩個(gè)帶輪的中心矩的微調(diào)在裝備時(shí)。在設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)4的連接時(shí)也可以引用這種方法，唯一需要變動(dòng)的是在連接電動(dòng)機(jī)4時(shí)的連接板上的四個(gè)孔設(shè)計(jì)為允許螺栓移動(dòng)。因?yàn)闈L珠絲桿本身不具有自鎖的功能，而且在Z軸方向上又是負(fù)載作用力的主方，在電動(dòng)機(jī)9上又不能加抱閘受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制，所以在滾珠絲杠的頂端安裝個(gè)制動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖住的功能，以免斷電時(shí)滾珠絲杠產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象。在它的兩端也引用了向心推力球軸承，目的是避免絲杠的軸向的跳動(dòng)，來(lái)提高主軸的傳動(dòng)的精度。將滾珠螺母支架和滾珠螺母兩相連接，操縱兩個(gè)推力球軸承把主軸安裝在滾珠螺母的支架上，主軸的頂端以兩個(gè)縱情螺母鎖緊。在主軸上開(kāi)兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的三角的鍵槽，主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是利用和主軸相連帶輪內(nèi)的鍵來(lái)完成的，主軸和帶輪有個(gè)長(zhǎng)的配合的面等同于個(gè)長(zhǎng)套筒，此是用來(lái)確保旋轉(zhuǎn)精度和主軸垂直度的。鍵槽設(shè)計(jì)為另段套筒，這兩個(gè)的套筒的連接是用了螺釘和定位銷(xiāo)。限位開(kāi)關(guān)控制著主軸升降的行程，因此在螺母的支架上裝個(gè)擋塊，并在上端的相應(yīng)的位置處裝接近開(kāi)關(guān)，這樣一來(lái)在主軸離端蓋有定路程時(shí)，就會(huì)有信號(hào)傳到控制