SCARA机器人运动控制系统设计
SCARA机器人控制系统的设计与研究
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【ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ摘
要】 与传统的工业控制器相比， 开放式控制器具有更好的可控性和扩展性 ， 并且 Ｐ ＋ Ｓ 运 ＣＤＰ
动控制卡模 式 已经成为机 器人领域 的主流控 制方式 。介 绍 了研 究所 自主研发 的 Ｓ Ａ Ａ机 器人控 制 系 ＣＲ 统的硬 件 构成 ， 软件 系统结构 ； 详细介 绍 了 离线编 程模 块 、 动控制 模块 、 态监控模 块 和 日志 系 及 并 运 状
SCARA机器人装配及结构设计
SCARA机器人装配及结构设计一、SCARA机器人的结构设计1.底座：SCARA机器人的底座是机器人的支撑结构，通常由坚固的金属材料制成，以确保机器人的稳定性和刚性。
2.铰链臂：SCARA机器人的铰链臂由几个关节连接而成，可以实现自由度的运动。
通常，它由两个旋转关节和一个平移关节组成。
旋转关节负责机器人的水平旋转运动，而平移关节负责机器人的垂直运动。
3.终端执行器：SCARA机器人的终端执行器通常是机器人手臂的工作部分，用于进行装配和包装等操作。
根据不同的应用需求，终端执行器可以是夹子、吸盘或工具握持器等。
4.控制系统：SCARA机器人的控制系统通常由电脑和控制器组成，用于控制机器人的运动。
控制系统可以根据预设的程序和传感器反馈的信息来进行调整和控制。
二、SCARA机器人的装配过程1.连接底座：首先，将机器人的底座与工作平台或其他支撑结构连接，确保机器人的稳定性和安全性。
2.安装铰链臂：将机器人的铰链臂插入底座上的旋转关节，并用螺丝固定。
确保旋转关节可以自由旋转，但又不会摇晃或松动。
3.安装平移关节：将机器人的平移关节连接到铰链臂的末端，并用螺丝固定。
确保平移关节可以平稳地移动，但又不会滑动或卡住。
4.安装终端执行器：根据不同的应用需求，选择适当的终端执行器，并将其连接到机器人的平移关节上。
确保终端执行器可以牢固地固定在平移关节上，并具有良好的操作性能。
5.连接控制系统：将机器人的控制系统与电脑和控制器连接，确保机器人可以接收和执行指令。
同时，连接必要的传感器和开关，以确保机器人的安全性和操作性能。
6.校准和测试：完成机器人的装配后，进行校准和测试。
校准包括机器人的零点位置校准、关节运动范围校准等。
测试包括机器人的运动测试、负载测试、精度测试等。
通过校准和测试，确保机器人能够正常工作并达到预期的性能。
总结：SCARA机器人是一种常见的装配机器人，其结构设计和装配过程需要注意机器人的稳定性、可靠性和操作性能。
基于运动控制器的SCARA机器人及控制系统设计
1绪论1.1 SCARA机器人的现状、发展SCARA（平面关节型）机器人是一种精密型装配机器人，在水平方向具有顺应性，在垂直方向具有很大的刚性，具有速度快、精度高、柔性好等特点，采用伺服电机驱动，可应用于电子、机械和轻工业等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作。
迄今为止，SCARA机器人仍被认为是自动加工生产中不可或缺的元素。
在各种自动机械手臂的选择中，SCARA是被广泛认可的。
由于它的速度、成本效率、可靠性和在工作过程中的小轨迹，使它在很多的工作中仍然是最好的机器人，比如：分配、装载、包装、安放以及装配和码跺等。
近年来，其有效载重能力的提高，对智能系统地整合以及末端感应器种类的增加等因素都很好的扩展了SCARA机器人的应用。
但是，对于机器人的控制大部分仍是以嵌入式单片机为核心的 ,其运算速度和处理能力远不能满足机器人控制系统飞速发展的需要 ,日益成为阻碍机器人技术进步的瓶颈。
随着以电子计算机和数字电子技术为代表的现代高技术的不断发展 ,尤其是高速度数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）的出现 ,从根本上解决了嵌入式系统运算能力不足的问题 ,并为机器人运动控制系统的改进提供了新的途径。
该设计正是从这一点出发 , 选用控制能力很强的DSP芯片作为机器人控制器的主处理器 ,设计出一套功能强大、使用方便的机器人运动控制系统 ,从根本上解决了单片机带来的各种问题。
1.2 运动控制器的现状、发展目前，国内外的运动控制器大致可以分为3类：（1）以单片机或微处理器作为核心的运动控制器。
这类运动控制器速度较慢，精度不高，成本相对较低。
在一些只需要低速点位运动控制和对轨迹要求不高的轮廓运动控制场合应用。
（2）以专用芯片（ASIC）作为核心处理器的运动控制器。
这类运动控制器结构比较简单，但这类运动控制器大多数只能输出脉冲信号，工作于开环控制方式。
这类控制器对单轴的点位控制场合是基本满足要求的，但对于要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制的设备，这类运动控制器不能满足要求。
SCARA机器人的设计及运动、动力学的研究
例如，对于需要承受较大载荷的关节或连杆，可以选择高强度轻质材料如铝合 金或钛合金等；对于需要较高耐磨性的部分如转动副，可以选择耐磨钢或硬质 合金等材料。此外，还需要考虑材料的加工工艺性和成本等因素。
4、尺度设计：尺度设计是SCARA机器人结构设计的重要环节之一。应该根据 实际应用需求和工作空间限制来确定机器人的总体尺寸和各连杆的长度、角度 等参数。同时需要注意保持机器人整体结构的协调性和美观性。
21、惯性张量：惯性张量是描述机器人惯性特性的重要参数，包括绕三个轴的 旋转惯量和质量分布等信息。惯性张量的准确计算和控制对于实现SCARA机器 人的稳定运动和精确定位具有重要意义。
211、动力传递：动力传递是SCARA机器人运动的重要环节。通过合理的动力 传递路径和机构设计，可以实现机器人各关节的协调运动，提高机器人的整体 性能和精度。同时，还需要考虑驱动器的选择和优化，以提高机器人的动力输 出和效率。
结论与展望
本次演示对SCARA机器人的设计及运动、动力学特性进行了深入研究，取得了 一定的研究成果。首先，我们介绍了SCARA机器人的设计及运动原理，为后续 研究提供了理论基础。其次，我们对机器人进行了动力学分析，明确了质量、 刚度、阻尼等参数对机器人性能的影响。在此基础上，我们探讨了机器人的运 动控制策略，实现了对机器人精确定位和稳定控制。最后，通过实验研究验证 了机器人的性能。
动力学分析
SCARA机器人的动力学特性是影响其性能的重要因素之一。质量、刚度和阻尼 是决定机器人动态性能的关键参数。在建立动力学模型时，需考虑机器人各关 节的质量分布、驱动力矩等因素，以便更准确地预测机器人的动态行为。通过 对SCARA机器人进行动力学分析，可以有效地优化其结构参数和控制策略，提 高机器人的稳定性和精度。
scara工业机器人课程设计
scara工业机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解SCARA工业机器人的基本结构、原理及功能。
2. 学生能够掌握SCARA工业机器人的运动学及动力学相关知识。
3. 学生能够了解SCARA工业机器人在工业生产中的应用及发展趋势。
技能目标：1. 学生能够运用CAD软件绘制SCARA工业机器人的三维模型。
2. 学生能够编写简单的程序，实现对SCARA工业机器人的控制。
3. 学生能够运用相关工具和仪器对SCARA工业机器人进行调试和维护。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对工业机器人技术的兴趣，激发学生的创新精神和探索欲望。
2. 增强学生的团队合作意识，培养学生在团队中沟通、协作的能力。
3. 提高学生对我国工业机器人产业的认知，培养学生的国家荣誉感和使命感。
课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，结合理论教学和实际操作，培养学生的动手能力和实际应用能力。
学生特点：高二年级学生对工业机器人有一定的基础知识，具备一定的自主学习能力和动手操作能力。
教学要求：教师需注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，提高学生的实际操作技能和创新能力。
通过课程学习，使学生达到预定的学习成果，为我国工业机器人产业发展储备优秀人才。
二、教学内容1. SCARA工业机器人的基本结构及原理- 机器人概述、分类及发展历程- SCARA工业机器人的结构组成、工作原理2. SCARA工业机器人的运动学及动力学- 运动学分析：正运动学、逆运动学- 动力学分析：静力学、动力学建模3. SCARA工业机器人的编程与控制- 编程基础：编程语言、编程方法- 控制系统：硬件组成、软件实现4. SCARA工业机器人的应用及发展趋势- 工业应用场景：搬运、装配、焊接等- 发展趋势：智能化、网络化、协同化5. 实践操作- CAD软件绘制SCARA工业机器人三维模型- 编写程序，实现SCARA工业机器人的基本控制- 调试与维护：故障排查、性能优化教学内容安排和进度：第一周：介绍工业机器人概述、分类及发展历程，学习SCARA工业机器人的基本结构及原理第二周：学习SCARA工业机器人的运动学及动力学知识第三周：学习SCARA工业机器人的编程与控制方法第四周：了解SCARA工业机器人的应用及发展趋势，进行实践操作教材章节关联：《工业机器人技术》第三章：工业机器人运动学及动力学第四章：工业机器人编程与控制第五章：工业机器人应用及发展趋势三、教学方法本课程将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：- 用于讲解SCARA工业机器人的基本概念、原理、运动学及动力学知识。
SCARA型装配机器人系统设计
3、 SCARA 机器人结构设计 ............................................................................ 34 3.1. SCARA 机器人结构组成......................................................................... 34 3.2. 基座设计 ............................................................................................... 35 3.3. 旋转臂设计............................................................................................ 36 3.4. 大臂设计 ............................................................................................... 37 3.5. 小臂设计 ............................................................................................... 38 3.6. 末端升降旋转设计 ................................................................................ 38 3.7. 末端机械手设计 .................................................................................... 39
SCARA机器人运动控制系统设计
SCARA机器人运动控制系统设计嘿，咱们来聊聊 SCARA 机器人的运动控制系统设计！这可真是个超级有趣又充满挑战的事儿。
我记得有一次，在一个工厂的生产线上，看到了正在忙碌工作的SCARA 机器人。
它那灵活的手臂，精准的动作，让我瞬间就被吸引住了。
就在那时候，我心里想着，如果能深入了解它背后的运动控制系统设计，那该多酷啊！SCARA 机器人的运动控制系统，就像是它的大脑和神经中枢，指挥着它的一举一动。
咱们先来说说硬件部分。
这可少不了高性能的控制器，就像一个聪明的指挥官，得有强大的运算能力和快速的响应速度，才能应对各种复杂的指令。
传感器也是关键，好比机器人的眼睛和耳朵，能实时感知周围的环境和自身的状态。
电机呢，那就是机器人的肌肉，提供强大的动力。
再说说软件方面。
编程可是重中之重，就像给机器人制定规则和策略。
得用清晰、简洁的代码，告诉机器人啥时候动、怎么动、动多快。
算法也不能少，比如路径规划算法，要让机器人能以最优的路径完成任务，不浪费一丝一毫的能量和时间。
在设计这个运动控制系统的时候，还得考虑各种实际情况。
比如说，不同的工作场景对精度的要求可不一样。
要是在电子厂组装微小的零件，那精度要求就超高，一点儿误差都不能有。
要是搬运一些大件物品，可能对精度的要求就没那么苛刻，但对速度和力量的要求就会提高。
还有啊，稳定性也特别重要。
总不能让机器人工作着工作着突然出故障吧，那可就麻烦大了。
所以在设计的时候，得进行大量的测试和优化，确保系统在各种情况下都能稳定运行。
另外，人机交互界面也不能忽视。
得让操作人员能方便、直观地控制机器人，就像玩手机一样简单易懂。
要是界面复杂难懂，操作起来麻烦，那可就大大降低了工作效率。
总的来说，SCARA 机器人运动控制系统的设计是一个综合性的大工程。
需要我们综合考虑硬件、软件、实际应用场景等多个方面，每一个细节都不能马虎。
就像盖房子一样，每一块砖都要砌好，才能建成坚固又漂亮的大厦。
就像我当初在工厂看到的那个 SCARA 机器人，它之所以能高效、精准地工作，背后离不开精心设计的运动控制系统。
基于运动控制器的SCARA机器人及控制系统设计
基于运动控制器的SCARA机器人及控制系统设计首先，我们需要明确机器人控制系统的设计目标。
一个好的控制系统应该具备以下几个方面的要求：1.精准性：机器人应该具备高精度的定位能力，能够准确地执行任务。
2.速度：机器人应该能够快速地完成任务，提高生产效率。
3.稳定性：机器人应该具备稳定性，能够在各种工作环境下保持正常运行。
4.可靠性：控制系统应该具备高可靠性，能够长时间稳定运行。
基于上述要求，我们可以设计出以下的SCARA机器人控制系统：1.机械结构设计：根据任务需求和工作环境，设计出符合要求的机械结构。
机械结构包括机械臂、关节和其它机械部件，应该具备稳定性和高精度。
2.传感器选择：选择合适的传感器来检测机器人的位置和姿态。
常见的传感器包括编码器、逆向运动学传感器和力传感器。
这些传感器可以提供机器人当前位置和姿态的准确信息，从而实现机器人的控制和定位。
3.运动控制器选择：选择高性能的运动控制器来控制机器人的运动。
运动控制器可以接收传感器的反馈信息，并根据任务需求生成相应的控制信号，控制机械臂的运动。
同时，运动控制器还应具备实时性和高精度的特点，以确保机器人的运动控制精度和稳定性。
4.控制算法设计：根据机器人的结构和任务需求，设计出适合的控制算法。
常用的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和遗传算法等。
这些算法可以根据机器人当前位置和姿态的变化来调整机器人的运动，实现精准的控制。
综上所述，基于运动控制器的SCARA机器人及控制系统设计需要考虑机械结构设计、传感器选择、运动控制器选择、控制算法设计和人机交互界面设计等方面的内容。
通过合理的设计和选择，可以实现机器人运动的精准性、速度和稳定性。
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许楠 6120160149 2017/6/19
目录
自述 ............................................................................................................................................................................................................... 3 摘要 ............................................................................................................................................................................................................... 4 1 引言 ................................................................................................................................................................................................ 5 2 系统分析及算法分析 .............................................................................................................................................................. 6 2.1 SCARA 机器人的结构分析 .......................................................................................................................................... 6 2.1.1 SCARA 机器人的总体结构 ................................................................................................................................ 6 2.1.2 SCARA 机器人各关节的装配结构.................................................................................................................. 7 2.1.3 SCARA 机器人腕部关节的运动....................................................................................................................... 8 2.2 SCARA 机器人的运动学分析 ...................................................................................................................................10 2.2.1 机器人位姿的数学描述 ...................................................................................................................................10 2.2.2 SCARA 机器人的 D-H 坐标变换 ...................................................................................................................13 2.2.3 SCARA 机器人的正运动学分析.....................................................................................................................16 2.2.4 SCARA 机器人的逆运动学分析 ....................................................................................................................16 2.3 SCARA 机器人动力学分析 ........................................................................................................................................18 2.3.1 动力学建模方法 .................................................................................................................................................18 2.3.2 Lagrange 函数 ......................................................................................................................................................18 2.3.3 机器人拉氏动力学方程 ...................................................................................................................................19 2.3.4 SCARA 机器人的动力学方程 .........................................................................................................................20 3 轨迹规划.....................................................................................................................................................................................25 3.1 SCARA 机器人轨迹规划的方法 ..............................................................................................................................25 3.2 SCARA 机器人轨迹规划的生成 ..............................................................................................................................27 4 控制策略.....................................................................................................................................................................................30 4.1 机器人控制系统的特点和要求 ...............................................................................................................................31 4.2 机器人控制的分类 .......................................................................................................................................................31 4.3 基于运动控制卡和步进单元的运动控制............................................................................................................31 5 系统总体设计 ...........................................................................................................................................................................33 5.1 机械传动方案 .................................................................................................................................................................33 5.2 机器人关键零部件设计 ..............................................................................................................................................33 5.3 大臂和小臂机械结构设计 .........................................................................................................................................33 5.4 腕部机械结构设计 .......................................................................................................................................................33 5.4.1 滚珠丝杠部分 ......................................................................................................................................................33 5.4.2 主轴部分 ................................................................................................................................................................34 5.4.3 其它设计 ................................................................................................................................................................34 6 硬件设计与选型 ......................................................................................................................................................................35 6.1 机器人关键零部件的选型 .........................................................................................................................................35 6.1.1 步进电机的计算和选择 ...................................................................................................................................35 6.1.2 同步带的选择计算.............................................................................................................................................36 6.1.3 滚珠丝杠的选型设计及计算 .........................................................................................................................38 6.2 运动控制系统的硬件...................................................................................................................................................41 6.2.1 运动控制卡选择 .................................................................................................................................................41 6.2.2 步进电机驱动器的选择...................................................................................................................................41 7 软件设计及系统集成 ............................................................................................................................................................43