SCARA机器人直线运动下的,软限位,极限点求解算法
SCARA工业机器人设计计算说明书
SCARA工业设计计算说明书SCARA工业设计计算说明书1、引言这个文档旨在提供关于SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）工业的设计和计算的详细说明。
本文档将涵盖的设计原理、运动学计算、动力学计算、控制系统、安全性考虑以及其他相关内容。
2、设计原理2.1 结构设计在设计SCARA工业时，需要考虑的结构类型和材料选择。
此章节将详细描述SCARA的结构设计原理和相关参数。
2.2 运动学原理SCARA的运动学是学中重要的一部分。
此章节将详细讲解运动学原理，包括正逆运动学计算、坐标系选择以及关节角度计算等。
3、运动学计算3.1 正逆运动学计算本章节将介绍SCARA的正逆运动学计算方法及其实际应用。
详细讲解的坐标变换、关节角度计算和工具路径规划等内容。
3.2 轨迹规划在SCARA的应用中，轨迹规划是一个关键的部分。
本章节将介绍常见的轨迹规划算法，并讨论其适用性和实施方法。
4、动力学计算4.1 驱动系统驱动系统是SCARA的核心组成部分之一。
本章节将详细讨论驱动系统的设计和计算，包括电机选择、减速器设计和动力学参数计算等。
4.2 动力学模型动力学模型是的关键组成部分之一。
本章节将介绍SCARA的动力学模型，并详细讨论重要的动力学参数计算和应用方法。
5、控制系统控制系统是SCARA实现精准控制和运动的关键。
本章节将介绍常见的控制系统设计原则和方法，包括PID控制、运动控制算法和通信接口设计等。
6、安全性考虑为了保证SCARA的安全性和人机合作能力，在设计过程中需要考虑相关的安全性因素。
本章节将详细讨论安全性设计原则和相关的安全性机制。
7、其他相关内容本章节将包括SCARA的应用领域、未来发展趋势、经济性评估以及其他相关内容。
附件：本文档涉及的附件包括示意图、计算表格和相关参考资料等。
法律名词及注释：1、SCARA：Selective Compliance Assembly Robot Arm，选择性顺应性装配手臂。
埃斯顿机器人 SCARA 系列 本体使用说明书
SCARA系列本体使用说明书ESTUN机器人SCARA系列本体使用说明书M-0601CN-10感谢您使用埃斯顿机器人产品。
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SCARA机器人的运动学分析
式中： ；
2）求关节2： （1-9）
式中： ；
3).求关节变量d3
令左右矩阵中的第三行第四个元素（3.4）相等，可得：
（1-10）
4).求关节变量θ4
令左右矩阵中的第二行第一个元素（1.1,2.1）相等，即：
由上式可求得：
四、实验目的：
1.理解SCARA机器人运动学的D-H坐标系的建立方法；
толькодля людей, которые используются для обучения, исследований и не должны использоваться в коммерческих целях.
以下无正文
各连杆变换矩阵相乘，可得到机器人末端执行器的位姿方程（正运动学方程）为：
= （1-5）
式1-5表示了SCARA手臂变换矩阵 ，它描述了末端连杆坐标系{4}相对基坐标系{0}的位姿，是机械手运动分析和综合的基础。
式中： ，
，
， ， ，
， ，
机器人逆运动学研究的内容是：已知机器人末端的位置和姿态，求机器人对应于这个位置和姿态的全部关节角，以驱动关节上的电机，从而使手部的位姿符合要求。与机器人正运动学分析不同，逆问题的解是复杂的，而且具有多解性。
226
pz
-220
nx
1
ny
0
输出值
29.587
40.91
d3
-30
-70.494
九、实验结论：
十、总结及心得体会：
十一、对本实验过程及方法、手段的改进建议：
报告评分：
指导教师签字：
仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。
For personal use only in study and research; not for commercial use.
SCARA机器人驱动方式及参数初定
SCARA机器人的驱动方式可分为ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压，气动和电动三种基本类型。
1、液压驱动
液压传动机械手有很大的抓取能力，抓取力可高达上百公斤，液压力可达7MPa，液压传动平稳，动作灵敏，但对密封性的要求高，不宜在高或低温现场工作，需配备一套液压系统。液压驱动有以下特点：
（1）输出功率大；
（1）输出功率大；
（2）气体压缩性能大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速高精度的连续轨迹控制；
（3）结构适当，执行机构可标准化，模拟化，易实现直接驱动；
（4）适用于中小负载驱动，精度要求较低的有限点位程序控制机器人。
3、电力驱动
电力驱动是目前在工业机器手中用的最多的一种。早期多采用步进电机驱动，后来发展了直流伺服电机，现在交流伺服电机驱动也开始广泛使用。上述驱动单元有的直接驱动机构运动，有的通过谐波减速 器装置来减速，结构简单紧凑。
4、SCARA机器人驱动方式的确定
对于SCARA机器人的驱动装置的一般的要求：
(1)驱动装置的质量要尽可能的轻，但是单位质量的输出功率（功率/质量m的比）要高，效率也要高；
(2)反应的速度需要快些，也就是力/质量和力矩/转动惯量比直要大些；
(3)动作要平滑，不产生冲击；
(4)控制应要尽可能的灵活，位移和速度的偏差要小些；
电动驱动的控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、 高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂。适用于中小负载、要求具 有较高的位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高的机械手，如AC伺服喷涂机 械手、点焊机械手、弧焊机械手、装配机械手等。
电力驱动可分为普通交流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动和步进电动 机驱动。各种电机驱动的特点：
SCARA 工业机器人
SCARA 工业SCARA 工业范本：1. 引言:SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是一种常见的工业，广泛应用于装配线和包装线等自动化生产过程中。
本文档旨在提供详细的说明和指导，帮助用户了解和操作 SCARA 工业。
2. 概述:2.1 特点:在这个章节中，将详细介绍 SCARA 的特点，如动作灵活性、精度和重复性等。
2.2 结构:这一部分将描述 SCARA 的结构和组成部分，包括基座、手臂、关节和末端执行器等。
3. SCARA 的工作原理：3.1 运动自由度:在这一章节中，将讲解 SCARA 的运动自由度，包括水平移动、垂直移动和旋转运动等。
3.2 控制系统:这一部分将介绍 SCARA 的控制系统，包括传感器和控制器等。
4. SCARA 的安装与设置:4.1 安装:这一章节将详细说明 SCARA 的安装步骤，包括基座的固定和调整等。
4.2 环境配置:这一部分将介绍 SCARA 在工作环境中的配置要求，如光照和温度等。
5. SCARA 的编程与操作:5.1 编程方式:在这一章节中，将介绍 SCARA 的编程方式，包括在线编程和离线编程等。
5.2 操作指南:这一部分将提供 SCARA 的操作指南，包括启动、关机、手动操作和自动运行等。
6. SCARA 的维护与故障排除:6.1 常规维护:在这一章节中，将描述 SCARA 的常规维护工作，如清洁和润滑等。
6.2 故障排除:这一部分将提供一些常见故障的排除方法，并给出相应的故障代码和解决方案。
7. 附录:7.1 附加设备:这一章节将列出可能与 SCARA 配套使用的附加设备，如夹具和传感器等。
7.2 附录二:在这个附录中，将提供 SCARA 的相关图纸和电气接线图等技术资料。
8. 法律名词及注释:本文档所涉及的法律名词和注释将根据需要进行添加。
9. 结束语:本文档涉及附件，请参考附件部分。
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【机器人在线】SCARA机械结构参数计算说明 下
SCARA机器人机械结构参数计算说明下文章来源：机器人在线下面将对SCARA机器人抓手的夹紧力进行计算分析。
设抓手的抓握力为P,前文提到机器人所抓取物体的上限质量为1kg，现假定摩擦系数u为0.25，则由重量W≤P·u可以得到1 ≤P·0.25，所以有P≥4N。
而对于实际的夹紧力，还需要考虑安全系数、工作情况系数以及驱动效率等因素，因此，根据，其中K1为安全系数，通常的数值为1.2到2.0之间:K2为工作情况系数，主要考虑的是惯性力的影响，可近似按式K2=1 +b/a来计算其数值，其中，其意义是重力方向上的最大上升加速度，Vmax则是SCARA机器人运送物体时的最大速度，t响为系统从静止达到最大速度的响应时间，其数值一般选取在0.03s到0.5s之间。
设F为驱动力，则,其中，为螺纹倾斜角，P为摩擦角。
如果转动螺旋的转矩为T，那么转矩T与拧紧力P的关系为。
对于SCARA机器人手爪驱动电机的选择，假定前端手指的质量为0.2kg螺纹的导程Ph=1mm,当机器人空载时，工作台折算到电机轴上的转动惯量数值为:在最大的工作载荷下，工作台折算到电机轴上的转动惯量数值为:当机器人快速空载启动时，电动机转轴所承受的负载转矩Teq1为:3.21式中，Tmax表示机器人在快速空载启动时，折算到电动机转轴上的最大加速转矩，而Tf则表示移动部件在运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩:在最大的工作负载状态下，电动机转轴所承受的负载转矩Teq2:3.23式中，Tt代表折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩:由上面两式的结果可知，最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩Teq2的数值为，从而可以得到Teg:步进电机的最大静转矩为:通过查询手册可知，可以选用北京飞凌东泰电子技术有限公司生产的FL57BYG41圆形步进电机，其中Tjmax=0.6N·m，能够满足SCARA机器人的设计要求。
FL57BYG41圆形步进电机的主要规格参数如表3.5所示。
SCARA机器人结构设计及轨迹规划算法
本次演示对SCARA机器人的结构设计及轨迹规划算法进行了深入的研究。通过 合理的设计和规划，我们成功地开发出了一种具有高精度、高速度和高效率的 SCARA机器人。在实际应用中，该机器人表现出了良好的性能和稳定性，证明 了我们的研究和设计的有效性。
展望未来，我们认为可以在以下几个方面进行深入研究：1）进一步优化关节 和机身的设计，提高机器人的负载能力；2）研究更先进的轨迹规划算法，提 高机器人的运动速度和精度；3）结合和深度学习技术，实现机器人的自适应 学习和优化；4）探讨机器人在更多领域的应用可能性，如医疗、农业等。
2、臂杆动力学
臂杆动力学是研究机器人手臂在运动过程中的力和运动的相互关系的学科。在 SCARA机器人中，臂杆动力学可以用来描述机器人在运动过程中所受到的力和 力矩的变化规律，从而为轨迹规划提供依据。
3、轨迹规划方法
轨迹规划是SCARA机器人的重要技术之一，其目的是在给定起始点和目标点的 情况下，规划出一条最优的运动路径。在轨迹规划过程中，需要考虑运动学和 动力学的限制条件，同时还需要保证机器人的稳定性和精度。常见的轨迹规划 方法有基于插值的轨迹规划、基于最优化的轨迹规划和基于人工智能的轨迹规 划等。
SCARA机器人结构设计及轨 迹规划算法
目录
01 一、SCARA机器人概 述
02
二、SCARA机器人结 构设计
03 三、SCARA机器人轨 迹规划算法
04 四、实验与结果
05 五、结论与展望
06 参考内容
SCARA机器人是一种广泛应用于电子设备制造、医药、食品等行业的自动化生 产设备。本次演示将重点介绍SCARA机器人的结构设计及轨迹规划算法，旨在 为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
一、SCARA机器人概述
SCARA机器人直线运动下的,软限位,极限点求解算法
SCARA机器人直线运动下的极限点求解算法摘要：针对SCARA机器人末端在做直线运动时难以判定是否到达极限位置的问题，提出一种基于几何学的求解算法，用于精确计算出任意末端位置与可变工作空间条件下的直线运动极限点位置坐标值。
并分别在左、右手系下通过MATLAB理论仿真与VC实际开发相对应的方式验证了该算法的正确性和可行性。
关键词：SCARA机器人；直线运动；极限点；MATLAB；VC1. 引言SCARA机器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm，选择顺应性装配机器手臂）是一种四轴机械手，它的第一、二、四轴具有转动特性，而第三轴具有线性移动特性，故其工作空间类似于一个扇形柱体区域。
SCARA机器人主要用于完成搬运、装配等职能工作，目前广泛应用于汽车、电子、塑料、药品、食品等工业领域。
当SCARA机器人在流水线上进行往复运动时，其末端点经常会处于直线运动状态。
由于末端位置与工作空间会随实际工况的要求而发生变化，预先确定末端在直线运动下的极限点坐标，并提前设定软件限位，对于防止过度驱动或错误操作下的机器人碰撞与损坏，具有非常重要的现实意义。
因此，本文基于几何学理论，提出一种用于求解末端直线运动下的极限点位置坐标的算法。
2. 算法设计假定SCARA机器人的基座安装在水平面内，依照从基座到末端的顺序，将其四个轴分别命名为X、Y、Z、R轴，且将R轴末端视为一个点（设为End），若在R轴末端安装夹具，则将夹具末端也视为一个点（设为Tip）。
2.1 前提条件本算法的实现基于如下三个客观前提条件：（1）由于Z轴仅在竖直平面内做上下运动，并不会影响End点的水平面投影位置。
而在不安装夹具的情况下，R轴的旋转运动也不会对此产生影响；再者，由于夹具没有附带对应的驱动装置，即使安装夹具也仅相当于将End点的水平面投影点在二维空间内相对平移了一个固定的矢量位置，扩展了一定的工作空间范围，但求解Tip点的直线运动极限点坐标的思想与End点完全一致。
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SCARA机器人直线运动下的极限点求解算法
摘要：针对SCARA机器人末端在做直线运动时难以判定是否到达极限位置的问题，提出一种基于几何学的求解算法，用于精确计算出任意末端位置与可变工作空间条件下的直线运动极限点位置坐标值。
并分别在左、右手系下通过MATLAB理论仿真与VC实际开发相对应的方式验证了该算法的正确性和可行性。
关键词：SCARA机器人；直线运动；极限点；MATLAB；VC
1. 引言
SCARA机器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm，选择顺应性装配机器手臂）是一种四轴机械手，它的第一、二、四轴具有转动特性，而第三轴具有线性移动特性，故其工作空间类似于一个扇形柱体区域。
SCARA机器人主要用于完成搬运、装配等职能工作，目前广泛应用于汽车、电子、塑料、药品、食品等工业领域。
当SCARA机器人在流水线上进行往复运动时，其末端点经常会处于直线运动状态。
由于末端位置与工作空间会随实际工况的要求而发生变化，预先确定末端在直线运动下的极限点坐标，并提前设定软件限位，对于防止过度驱动或错误操作下的机器人碰撞与损坏，具有非常重要的现实意义。
因此，本文基于几何学理论，提出一种用于求解末端直线运动下的极限点位置坐标的算法。
2. 算法设计
假定SCARA机器人的基座安装在水平面内，依照从基座到末端的顺序，将其四个轴分别命名为X、Y、Z、R轴，且将R轴末端视为一个点（设为End），若在R轴末端安装夹具，则将夹具末端也视为一个点（设为Tip）。
2.1 前提条件
本算法的实现基于如下三个客观前提条件：
（1）由于Z轴仅在竖直平面内做上下运动，并不会影响End点的水平面投影位置。
而在不安装夹具的情况下，R轴的旋转运动也不会对此产生影响；再者，由于夹具没有附带对应的驱动装置，即使安装夹具也仅相当于将End点的水平面投影点在二维空间内相对平移了一个固定的矢量位置，扩展了一定的工作空间范围，但求解Tip点的直线运动极限点坐标的思想与End点完全一致。
所以，Z轴和R轴的运动都不会影响到末端点的水平面投影位置。
（2）由于SCARA机器人的工作空间是一个类似于扇形的柱体区域，将其投影在水平面上并不会使工作空间的边界发生改变。
所以，End点的直线运动是否超出工作空间的范围仅与X、Y两轴的运动有关。
（3）由于End点（或Tip点）在水平面二维空间下的直线运动有无穷多种可能的方向，而每种方向均与x-y直角坐标轴成一定角度，经旋转变换后都能归结到与坐标轴平行的方向上。
所以，本算法只针对分别平行于x-y直角坐标轴的两种直线运动求解四个极限点坐标即可，其余运动方向上的极限点坐标可参照本算法旋转相应角度后求解。
2.2 设计过程
设基座位于x-y直角坐标系的原点O，SCARA机器人的大、小臂均完全展开时的姿态与x 轴正向重合，为初始状态，规定两臂旋转的方向均取逆时针为正，顺时针为负，据此建立几何学模型。
先由四条平面圆弧（设为C1~C4）确定水平面工作空间，同时给定末端当前点（设为Now）的坐标；再过点Now分别作两条坐标轴的平行线（设平行于x轴的直线为Line_H、平行于y轴的直线为Line_V），与边界圆弧相交；然后分别求出Line_H、Line_V 与C1~C4的8个交点，若无交点则默认交点坐标为点Now的坐标值；接着判断交点中的有效点；最后确定出四个极限点（设为P1~P4）的位置坐标即为所求。
2.3 交点判定
从上述设计过程可知，所求的左、右极限点必然在Line_H与圆弧边界的交点之中，而上、下极限点必然在Line_V与圆弧边界的交点之中。
所以，本算法的关键在于交点的判定。
因为SCARA机器人在做直线运动时不会更换手系，所以可将左、右手系分开考虑。
在右手系下，圆弧C1~C4依次首尾相连围成一个封闭区域，如图1所示。
其中，C1弧为小臂处于正向最大姿态且大臂自由运动时End点的轨迹，C2弧为小臂始终处于大臂的延长线上且大臂自由运动时End点的轨迹，C3弧为大臂处于正向最大姿态且小臂自由运动时End点的轨迹，C4弧为大臂处于负向最小姿态且小臂自由运动时End点的轨迹。
Now点位于这个封闭区域内，P1~P4点的判定遵循如下原则：（1）P1、P2、P3、P4分别位于Now点的左、右、下、上方；（2）各极限点在各自方位上均与Now点的直线距离最短；（3）线段P1P2、P3P4均不穿过C1弧与坐标原点O围成的工作死区。
左手系与右手系类似，不再敖述。
3. 仿真与实现
本文采用MATLAB仿真与VC实现相对应验证的方式对算法加以说明。
3.1 MATLAB仿真
3.1.1 右手系
设最大工作空间取值范围如下：X轴为，Y轴为，当前末端点位置坐标为，最终所求的右手系下的4个极限点P1、P2、P3、P4的直角坐标值为（如图2所示）：
3.1.2 左手系
左手系下的实现过程与右手系类似，如图3、图4所示。
不同的只是Y轴的工作空间取值范围为，当前末端点位置坐标仍然取为，最终所求的左手系下的4个极限点P1、P2、P3、P4的直角坐标值为（如图4所示）：
图3 左手系下的工作空间与当前点
图4 左手系下的极限点求解
需要说明的是，上述仿真示例只是给出了最大工作空间，在该工作空间内可选取任意子空间及包含其中的当前末端点进行仿真，仿真结果均表明，本算法能正确计算并确定SCARA机器人末端直线运动下的四个极限点坐标。
3.2 VC实现
采用VC开发软件封装功能函数，实现本算法。
右、左手系下的界面分别如图5、图6所示。
选取与上节MATLAB仿真示例中相同的工作空间与末端当前位置坐标等参数，求解出的四个极限点坐标与MATLAB结果完全对应相同。
3.2.1 右手系
3.2.2 左手系
图6 左手系下的算法实现
4. 结论
本文提出了一种SCARA机器人直线运动极限点的求解算法，并通过MATLAB仿真与VC 实现进行了对应验证。
该算法能有效预测并解决实际操作中的安全问题，具有较强的实用价值。
然而，考虑SCARA机器人的末端当前点正好位于工作空间的边界位置时，求解对应的极限点坐标，将是进一步研究的一个方向。