四自由度平面关节型机器人结构分析与优化
四自由度码垛机器人设计、承载能力分析与优化研究
文献综述
在设计四自由度码垛机器人时，需要考虑到诸多因素，如机器人的运动学特 性、动力学特性、机构设计、电路设计、控制系统等。其中，机构设计是整个机 器人的基础，需要考虑到机器人的作业范围、运动速度、精度等因素。电路设计 和控制系统则是实现机器人运动的关键，需要保证机器人的稳定性和可靠性。
设计
设计
本次演示设计了一种四自由度码垛机器人，其机构设计如图1所示。该机器人 由四个旋转关节组成，每个关节配备有伺服电机和编码器，可以实现精确控制。 电路设计方面，采用了以控制器为核心的电气控制系统，通过与上位机的通信， 实现机器人的远程控制。控制系统采用了基于李群李代数方法的运动学模型，通 过对机器人的位置和姿态进行精确控制，实现了高精度的码垛作业。
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四自由度码垛机器人设计、承 载能力分析与优化研究
01 引言
03 设计
目录
02 文献综述 04 图1四自由度码垛机
器人的机构设计图
目录
05 承载能力分析
07 结论
06 优化研究
引言
引言
随着制造业的快速发展，码垛机器人作为一种自动化物流设备，在工业生产 中发挥着越来越重要的作用。四自由度码垛机器人作为一种常见的码垛机器人， 具有结构简单、运动灵活、使用方便等优点，被广泛应用于各种产品的码垛作业。 本次演示旨在设计一种四自由度码垛机器人，并对其承载能力和优化进行分析研 究，以提高其性能和适应性。
2、算法优化：控制算法是实现机器人运动的关键，通过对控制算法进行优化， 可以提高机器人的响应速度和精度。例如，可以采用更高效的李群李代数方法或 其他运动学算法，实现更快速度和高精度的运动控制。
优化研究
3、误差补偿：由于机器人本身的结构误差和外部环境的影响，机器人的实际 运动与理论运动之间会存在误差。为了减小这种误差，可以采用误差补偿技术， 根据实际运动情况对机器人的运动轨迹进行修正。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析一、机械臂的设计仿人机器人四自由度机械臂的设计需要考虑多个方面的因素，包括结构设计、运动学设计、控制系统设计等。
1. 结构设计机械臂的结构设计是其设计的基础，需要考虑到机械臂的负载能力、稳定性和灵活性。
首先要确定机械臂的长度、负载能力以及工作范围，然后根据这些参数设计出合适的结构。
通常，仿人机器人的机械臂会模仿人体的肢体结构，因此可以参考人体的骨骼结构设计机械臂的连接方式和关节转动范围。
2. 运动学设计机械臂的运动学设计是指确定机械臂的运动范围、姿态和关节角度等参数。
在设计过程中，需要考虑到机械臂的可达空间、运动学逆解和轨迹规划等问题，以确保机械臂能够在工作空间内完成自如的运动。
3. 控制系统设计控制系统设计是机械臂设计的另一个重要方面，通过合理的控制系统设计，可以实现机械臂的精确控制和灵活运动。
控制系统通常包括传感器模块、执行机构和控制算法等组成部分，需要根据机械臂的具体应用场景选择合适的控制方案。
二、机械臂的性能分析机械臂的性能对其应用效果具有重要影响，因此需要对机械臂的性能进行全面的分析和评估。
1. 负载能力机械臂的负载能力是指其能够承受的最大负载大小，在设计过程中需要根据实际应用场景确定负载能力，并进行相应的结构设计和材料选择。
2. 精度和重复定位精度机械臂在工作过程中需要具备一定的精度和重复定位精度，以确保工作结果的准确性和一致性。
因此需要对机械臂的传动系统、控制系统和传感器系统等方面进行精细化设计和优化。
3. 动态性能机械臂的动态性能包括其运动速度、加速度和响应速度等参数，这些参数直接影响机械臂的工作效率和响应能力。
在设计过程中需要合理选择执行机构和控制系统，以提高机械臂的动态性能。
4. 稳定性和安全性机械臂在工作过程中需要具备稳定性和安全性，避免因外部干扰或设备故障导致意外发生。
因此需要在设计过程中考虑到机械臂的结构强度和稳定性问题，同时设置相应的安全保护装置。
毕业设计四自由度机器人
毕业设计四自由度机器人毕业设计题目：四自由度机器人的设计与控制一、引言四自由度机器人是一种常见的工业机器人，其基础结构包括底座、臂部、腕部和末端执行器。
在工业生产线上，四自由度机器人广泛应用于装配、焊接、喷涂等需要精确操作的工艺环节。
本篇毕业设计论文将对四自由度机器人的设计与控制进行研究和分析。
二、机器人的设计1.结构设计：为了实现机器人的灵活和精确操作，我们将设计一个四自由度机器人。
该机器人的结构由底座、臂部、腕部和末端执行器组成。
底座提供了机器人的稳定性和机动性，臂部负责机器人进行大范围的空间运动，腕部通过关节连接臂部和末端执行器，末端执行器完成具体的操作任务。
2.运动学设计：机器人的运动学设计是机器人设计中的重要一环。
我们将采用世界坐标系和本体坐标系的方法，建立逆运动学模型和正运动学模型，以实现机器人的运动控制。
具体设计中，我们将采用符号法推导机器人的运动学方程，通过求解并进行数值模拟验证，实现机器人的精确运动。
三、机器人的控制1.控制系统设计：机器人的控制系统是实现机器人精确操作的核心。
我们将采用开环控制和闭环控制相结合的方法，设计机器人的控制系统。
开环控制系统通过预设关节角度实现机器人的运动，闭环控制系统通过传感器反馈实时监控机器人的运动，并进行误差修正，实现机器人的精确操作。
2.控制算法设计：我们将采用PID控制算法对机器人进行控制。
PID控制算法具有稳定性好、计算简单等优点，适用于工业机器人的控制。
我们将根据机器人的运动学特性，根据机器人的误差信号设计合适的PID参数，以优化机器人的运动轨迹和操作精度。
3.编程与仿真设计：为了验证机器人的设计和控制系统的有效性，我们将使用MATLAB和Simulink进行编程和仿真设计。
通过编写机器人运动学模型和控制算法的代码，并在Simulink中搭建机器人的控制系统，实现机器人精确操作的仿真。
四、总结本篇毕业设计论文对四自由度机器人的设计与控制进行了研究和分析。
四自由度scara机器人系统机构设计及运动学分析
ｒａｍｅｔｅｒ ｍｅｔｈｏｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｒｅｖｅｒｓｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｒｏｂｏｔ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ. Ａｔ ｌａｓｔꎬ Ｍａｔｌａｂ ｍｏｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｃａｒ￣
齐次变换矩阵分别为:
é０
ê
ê１
０
１Ｔ ＝ ê
０
êê
ë０
２. １ ＳＣＡＲＡ 机器人坐标系建立
为了分析 ＳＣＡＲＡ 机器人末端连杆的位姿与个关
节变 量 之 间 的 关 系ꎬ 笔 者 依 据 Ｄ￣Ｈ 理 论
[１２]
ＳＣＡＲＡ 机器人连杆坐标系ꎬ如图 ３ 所示ꎮ
构建
éê ｃ２
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１
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êê ０
ｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ ａｒｅ ｖｅｒｉｆｉｅｄꎬ ｒｏｂｏｔ ｅｎｄ ａｃｔｕａｔｏｒｓ ｃａｎ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｇｉｖｅｎ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓꎬ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｊｏｉｎｔ ｖａｒｉ￣
ａｂｌｅｓ ｉｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｐａｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎꎬ ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｔｏ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｈａｓ ｉｍｐｏｒ￣
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的机器人，具有广泛的应用
前景。
本文将对该机械臂的设计和性能进行分析。
我们需要确定机械臂的设计参数，包括长度、质量和关节间的夹角。
根据人类手臂的
长度和关节运动范围，可以确定机械臂的长度和夹角。
考虑到机械臂的负载能力和稳定性，需要选择适当的质量和材料。
设计完成后，我们需要对机械臂的性能进行分析。
机械臂的运动范围是一个重要的性
能指标。
通过调整关节的夹角，可以使机械臂能够完成不同的运动任务。
机械臂的精度也
是一个重要的性能指标。
通过控制各个关节的转动角度，可以使机械臂能够达到较高的运
动精度。
机械臂的力矩和速度也是需要考虑的性能指标。
机械臂的力矩决定了其负载能力，通
过增加关节的大小和材料强度，可以提高机械臂的力矩。
而机械臂的速度将决定其工作效率，通过优化关节的传动机构和增加电机的功率，可以提高机械臂的速度。
机械臂的稳定性也是一个需要考虑的性能指标。
通过增加机械臂的质量和设计合理的
结构，可以提高机械臂的稳定性。
通过采用合适的控制算法，可以实现机械臂的稳定控
制。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析是一个综合考虑机械结构、动力学和控
制算法等方面的问题。
通过合理的设计和优化，可以实现机械臂的高精度、高速度和稳定性，并为各种应用领域提供有效的解决方案。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析随着人工智能和机器人技术的发展，仿人机器人在工业、医疗、服务等领域得到了广泛应用。
仿人机器人的机械臂部分是实现其运动和操纵功能的重要组成部分。
本文将对仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能进行分析。
仿人机器人的机械臂一般由多个自由度的关节连接而成。
四自由度机械臂指的是机械臂的关节个数为四个，每个关节都能绕特定轴向进行运动。
这样的设计可以实现机械臂在三维空间内的灵活运动。
在设计方面，首先需要确定机械臂的结构和尺寸。
机械臂的结构可以采用串联或并联结构。
串联结构是指将多个关节依次串联起来，其中每个关节都有一个自由度。
并联结构则是将多个关节通过某个平台连接在一起，各个关节之间可以同时进行运动。
根据具体应用需求和工作环境，选择合适的结构。
需要确定机械臂各个关节的类型和参数。
常见的关节类型有旋转关节和滑动关节。
旋转关节可以实现物体的旋转运动，滑动关节可以实现物体的平移运动。
通过确定关节的类型和参数，可以进一步确定机械臂的运动范围和灵活度。
在性能分析方面，主要包括静态和动态性能的分析。
静态性能分析是指对机械臂在不同位置和姿态下的稳定性进行评估。
评估方法可以采用力矩的计算和力学模型的建立，以确定机械臂能够承受的最大负载和最大力矩。
动态性能分析是指对机械臂的运动速度和加速度进行评估。
评估方法可以采用运动学和动力学模型的建立，以确定机械臂的最大运动速度和最大加速度。
还需要对机械臂的精度和重复定位精度进行分析。
精度是指机械臂能够达到的目标位置和姿态与实际位置和姿态之间的差距。
重复定位精度是指机械臂在多次运动中能够保持的位置和姿态的稳定性。
评估方法可以采用传感器测量和误差分析的方法，以确定机械臂的精度和重复定位精度。
仿人机器人四自由度机械臂的设计和性能分析是实现其灵活运动和操纵功能的重要工作。
通过合理的设计和精确的性能评估，可以提高机械臂的工作效率和可靠性，进而推动仿人机器人在各个领域的应用。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析一、引言1. 结构设计仿人机器人四自由度机械臂的结构设计是其设计的核心，直接影响了机械臂的性能和功能。
一般而言，仿人机器人四自由度机械臂的结构设计主要包括四个方面：机械臂的关节结构、连杆结构、末端执行器以及传动系统。
首先是机械臂的关节结构，一般采用旋转关节和直线关节相结合的方式，使得机械臂能够在不同方向上做出灵活的运动；其次是连杆结构，通常采用轻质、高强度的材料制造，以保证机械臂的刚性和稳定性；再次是末端执行器，根据机械臂的实际应用需求，可以选择不同的末端执行器，如夹持器、激光切割头等；最后是传动系统，一般采用电机和减速器相结合的方式，以保证机械臂具有较高的运动精度和稳定性。
2. 控制系统仿人机器人四自由度机械臂的控制系统是其设计的另一个重要组成部分，其设计主要包括控制算法的设计和实现、传感器系统的设计和实现以及执行系统的设计和实现。
首先是控制算法的设计和实现，其主要目的是根据外部输入的控制信号，计算出机械臂各个关节的运动轨迹，并将其转化为相应的控制信号；其次是传感器系统的设计和实现，通常包括位置传感器、力传感器等，用于实时监测机械臂的运动状态和外部环境的信息；最后是执行系统的设计和实现，主要包括电机、减速器等，用于实现机械臂的各种运动。
1. 运动性能仿人机器人四自由度机械臂的运动性能是其重要的性能指标之一，主要包括运动范围、运动速度、加速度以及动态性能。
首先是运动范围，通常根据机械臂的实际应用需求确定，一般要求机械臂能够在一定的空间范围内进行灵活的运动；其次是运动速度，通常要求机械臂具有较高的运动速度，以提高工作效率；再次是加速度，一般要求机械臂具有较高的加速度，以保证机械臂在短时间内能够完成快速的运动；最后是动态性能，一般要求机械臂具有较好的动态性能，以保证机械臂在运动过程中能够具有较好的稳定性和精度。
2. 精度性能3. 负载能力仿人机器人四自由度机械臂的负载能力是其另一个重要的性能指标，主要包括静态负载能力和动态负载能力。
四自由度机器人设计及分析
四自由度机器人设计及分析首先，设计一个四自由度机器人需要考虑机器人的结构和运动方式。
机器人的结构可以采用串联结构或并联结构。
串联结构是将各个旋转关节按照顺序链接起来，形成一个连续链条；而并联结构是通过并联机构将多个旋转关节连接起来，共同作用于机器人的末端执行器。
接下来，需要确定机器人的关节类型和参数。
常见的关节类型包括旋转关节和剪切关节。
旋转关节可以实现绕一些固定轴旋转，而剪切关节可以实现平移和旋转的复合运动。
在确定关节类型后，还需要考虑各个关节的转动范围、转动速度和负载能力等参数。
在进行四自由度机器人的运动分析时，可以采用运动学方法和动力学方法。
运动学方法主要研究机器人的位置、速度和加速度等随时间变化的规律，可以通过矩阵运算和几何推导等方法求解。
动力学方法则关注机器人的力学特性和运动过程中的力、力矩等量，可以通过运动学和力学方程来描述机器人的运动。
在运动学分析中，可以通过正逆运动学求解机器人的位置和姿态。
正运动学是根据关节参数和关节角度求解机器人位姿的问题，可以通过矩阵变换和旋转矩阵等方法求解。
逆运动学则是根据机器人末端执行器的位姿求解各个关节的角度，可以通过三角函数和解方程等方法求解。
在动力学分析中，可以通过运动学和基本力学原理推导出机器人的运动方程。
运动学方程描述机器人各个关节的速度和加速度与末端执行器的位姿之间的关系；动力学方程则描述机器人的力、力矩与关节角度、角速度和角加速度之间的关系。
同时，还可以利用仿真软件对四自由度机器人进行仿真分析。
通过建立机器人的仿真模型，可以模拟机器人的运动轨迹和运动过程，验证设计参数的合理性以及对不同操作条件的响应。
总之，设计和分析四自由度机器人需要考虑机器人的结构和运动方式，确定关节类型和参数，并通过运动学和动力学方法来研究机器人的运动特性。
利用仿真软件可以对机器人进行仿真分析，验证设计参数的合理性。
（机器人）4自由度关节型机器人简介
（机器⼈）4⾃由度关节型机器⼈简介四⾃由度关节型机器⼈设计简介摘要本设计内容为四⾃由度关节型机器⼈，主要对关节型机器⼈的操作臂进⾏系统的设计，机器⼈的末端操作器即⼿指是可替换夹具，操作臂有四个⾃由度，可实现在⼯作空间范围内的物体的转移，⼿⽖⼀次可载荷0.5kg.操作臂的动⼒源为舵机，总共有5个舵机，它们分别控制腰部旋转，⼤臂、⼩臂、⼿腕的摆动，以及⼿⽖张合，本⽂设计的四⾃由度关节型机器⼈可⽤于⼩⼯作空间内完成对⼩质量物体的转移⼯作，同时也可以做为教学机器⼈。
关键词：四⾃由度；操作臂；舵机AbstractThis design is the 4-DOF joint robot, mainly designs on the operate arm system.The ender operator of the robot is usually called paw is a exchangeable clamp. the operator has degrees of freedom. which can transform objects in workspace. the paw is able to weigh 0.5kg loads each time.It is servo that is the power of operating arm. There are five servo which are used respectively to control waist rolling、big arm、small arm、hand swing and paw opening and closing, the robot can be well applied to transfer the object with light in limited working space. Meanwhile it’s also used as teaching robot.Key words:4-DOF ；operate arm；servo⼀．概述：1．机器⼈定义机器⼈是近年来快速发展的⾼新技术密集的机电⼀体化产品，通常只按照⼈们预定的程序重复⼀些⼈们看似简单的动作，设计⼈员往往只重视机器⼈的功能。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析1. 引言1.1 研究背景随着工业自动化技术的不断发展，机器人在生产制造领域的应用越来越广泛。
机械臂作为机器人的重要组成部分，承担着各种复杂任务的执行。
在仿人机器人领域，为了更好地模拟人类的运动和动作，研究人员开始关注仿人机器人四自由度机械臂的设计和性能分析。
传统的机器人臂多采用三自由度或五自由度的结构，而仿人机器人四自由度机械臂则更贴近人类的生理结构和运动特点。
通过设计一个具有四个关节的机械臂，可以更好地模拟人类的肩、肘和手腕关节的运动，实现更加灵活和精准的动作。
研究仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析，不仅可以提高机器人在工业生产中的效率和灵活性，还可以为未来的智能机器人领域带来更多的创新和发展。
本文旨在探讨该领域的相关研究现状，为进一步深入研究提供理论基础和技术支持。
1.2 研究目的本研究的目的是通过设计和性能分析仿人机器人四自由度机械臂，探讨机器人在工业自动化领域中的应用潜力。
通过对机械臂的结构设计和性能分析，探讨如何提高机械臂的精确度、速度和稳定性，以满足工业生产中对高效、精准操作的需求。
通过研究机械臂的控制方式和优缺点分析，进一步完善机械臂的设计，提高机器人的自主操作能力和适应性。
通过本研究，将为机器人技术在工业制造领域的应用提供参考，促进机器人技术的发展和应用。
通过对仿人机器人四自由度机械臂的工程应用前景和未来发展方向的探讨，为进一步研究和开发更先进的机器人技朧提供指导和启示。
1.3 研究意义仿人机器人四自由度机械臂的研究具有重要的意义。
该技术的研究可以推动机器人技术的发展，提高机器人的操作灵活性和智能化程度，使机器人在各种复杂任务中的应用更加广泛。
仿人机器人四自由度机械臂可以在医疗领域得到广泛应用，例如手术机器人可以通过仿人机器人四自由度机械臂进行精确操作，减少手术过程中的误差，提高手术成功率。
仿人机器人四自由度机械臂的研究也可以在工业领域发挥重要作用，提高生产效率，减少人力成本，实现自动化生产。
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UDC学位论文四自由度平面关节型机器人结构分析与优化作者姓名：张进伟指导教师：柳洪义教授东北大学机械电子工程研究所申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：机械电子工程论文提交日期： 2008年月论文答辩日期：2008年7月学位授予日期： 2008年月答辩委员会主席：评阅人：东北大学2008年6月A Thesis for the Degree of Master in Mechanical and Electronic EngineeringAnalysis and Optimization of the Structure of4-DOF SCARA RobotBy Zhang JinweiSupervisor: Professor Liu HongyiNortheastern UniversityJune 2008本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。
论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。
本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。
作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年 □ 一年□ 一年半□ 两年□学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 签字日期：I四自由度平面关节型机器人结构分析与优化摘 要工业机器人一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作，如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机器人。
它是集运动学与动力学理论、机械设计与制造技术、计算机硬件与软件技术、控制理论、传感器技术、人工智能理论等科学技术理论的综合应用。
机器人技术的研究与开发标志着一个国家科学技术的水平，而机器人在各种工业领域的普及应用，则显示了这个国家的经济和科技发展的综合实力。
机器人技术是多学科的综合运用，在众多类型机器人中，平面关节型机器人在平面内的运动具有较大的柔性，沿升降轴的运动具有很强的刚性，非常适合应用于搬运、焊接和装配等重复性任务，因此在工业生产中得到广泛应用。
本文以四自由度平面关节型机器人结构为基础，重点研究了四自由度平面关节型机器人结构分析与优化的问题。
首先，以Pro/E软件为基础，对平面关节型机器人总体结构进行设计。
在结构设计过程中详细讨论多种设计方法、设计原理、以及设计过程中的要求与原则，通过对不同设计参数及结构进行对比分析得出最优的设计结构与尺寸。
在同样的工作空间内完成相同动作时，针对其它四自由度平面关节型机器人结构进行分析对比，分析了不同结构参数对机器人动态运行的影响，为机器人设计者提供参考。
这种在具体设计之前预先给出不同设计结构之间优缺点的方法能够使设计者根据任务的要求选择机器人的结构和参数，减少设计过程中不必要的重复工作。
其次，对机器人进行运动学仿真分析以及结构优化。
经过虚拟仿真可以检查机器人设计的合理性，以及观察机器人结构在运动过程中的相互干涉性，并在ANSYS软件中建立各臂模型，进行位移、应力、模态分析，从中选择最优的结构，进而确定本体设计和验证设计方案的合理性。
最后，通过对伺服系统的各种形式、电机性能进行分析比较，根据系统对快速响应、平稳工作的要求，对平面关节型机器人各个关节传动方式、交流伺服电机、减速器进行计算选择，从而机器人系统设计达到最优。
关键词：平面关节型机器人；四自由度；运动仿真；Pro/E；ANSYSIIAnalysis and Optimization of the structure of4-DOF SCARA RobotAbstractThe industry robot generally refers the robot which is used in the mechanical manufacturing industry, replacing the human to complete the mass and high request work, such as the automobile manufacture, the motorcycle manufacture, the ships manufacture, and the work of spot welding, the arc welding, the painting, cut, the electronic assembly and the transporting, the packing, piles buttress in the automatic production line of certain electrical appliances manufacture and chemical industry and so on. It is the integrated application of technological theory, such as kinematics and dynamics theory, mechanical design and manufacture technique, the hardware and software of computer technique, control theory, sensor technology, the theory of artificial intelligence and so on. The application and exploitation of robot technique indicate the science and technology level of a country. What’s more, its usage and prevalence in some industry fields revealed the synthetical strength of a country’s development in economy and technology.Robot technique is the synthetical application of many subjects. In numerous types of robots, SCARA Robot has biggish flexibility in plane movement and strong rigidity in lift axes movement, which is very propitious to be applied to repeating task such as conveying, jointing and assembly and so on, so it is applied widely in industry production. This thesis based on the structure of the 4-DOF SCARA Robot and stressly investigated the problem of the analysis and optimization of the structure of 4-DOF SCARA Robot.Firstly, based on the software Pro/E, designing the overall structure of the SCARA Robot. During the process of structure design, many methods, elements, requirements and principles are discussed in detail. The optimized design structure and dimension are got by comparison and analysis of the different design parameter and structure; dexterity analysis results of 4-DOF robots with different structures are given, and the results are compared with other structures of SCARA Robot within the same workspace. The influence of structural parameters on robot dexterity is analyzed, which can serve as useful reference to robot designers. This kind of method can give the dexterity analysis result before detailed design,- III -and can enable designers to select robot structure and parameters according to task requirements.Secondly, the kinematics emulation of the robot is analyzed and the structure is optimized. Afterthat each arm model is founded, besides the displacement, stress, mode are analyzed by ANSYS software, and the optimized structure is selected, sequentially the design is confirmed and the rationality of project is validated.Finally, according to the requirements of system for the rapid response, smooth work, after the comparison of various forms of servo system and the electrical theory, have chose various joint drive ways on the SCARA Robot, AC servo motor and reducer to realize motion control of robot, so that robot system design is optimal at last.Key words: SCARA Robot; 4-DOF; Motion Simulation; Pro/E; ANSYS- IV -目 录独创性声明 (I)摘 要 (II)Abstract (III)目 录 (V)第一章 绪 论 (1)1.1 课题研究的背景与意义 (1)1.2 国内外机器人发展现状 (2)1.3 工业机器人特点及分类 (3)1.3.1 工业机器人特点 (3)1.3.2 工业机器人分类 (4)1.4工业机器人的构成及应用 (6)1.4.1 工业机器人构成 (6)1.4.2 工业机器人技术参数 (7)1.4.3 工业机器人的应用 (8)1.5 本论文研究的基本内容 (8)1.5.1 机器人本体结构设计 (9)1.5.2 机器人系统动态优化设计 (9)1.5.3 机器人结构CAE分析 (9)1.5.4 伺服系统选择 (9)第二章 机器人本体设计 (10)2.1 机械系统的设计 (10)2.1.1 CAD软件Pro/E概述 (10)2.1.2 机器人结构设计的主要坐标式 (13)2.1.3 机器人本体设计原则 (14)2.2 机器人结构设计与优化 (16)2.2.1 机身的设计与优化 (16)2.2.2 臂1的设计与优化 (17)2.2.3 臂2的设计与优化 (20)2.2.4 臂3的设计与优化 (22)- V -2.2.5 机械手设计与优化 (25)第三章 机器人虚拟仿真与运动学分析 (26)3.1机器人组件装配 (26)3.1.1 机身与臂1虚拟装配 (26)3.1.2 臂1与臂2虚拟装配 (27)3.1.3 臂2与臂3虚拟装配 (27)3.1.4 机械手虚拟装配 (28)3.1.5 机器人模态的整体总装 (28)3.2 虚拟仿真 (29)3.3 机器人的运动学分析 (33)3.3.1 机器人齐次坐标系的建立 (33)3.3.2 机器人正运动学分析 (35)3.3.3 机器人逆运动学分析 (36)第四章 机器人结构CAE分析 (38)4.1 机器人有限元分析原理 (38)4.1.1 形状函数 (38)4.1.2 单元刚度矩阵 (39)4.1.3 单元节点位移 (41)4.1.4 系统固有频率 (41)4.2 机器人双臂的ANSYS有限元分析 (42)4.2.1 ANSYS有限元分析的特点 (42)4.2.2 机器人臂1 ANSYS有限元分析 (42)4.2.3 机器人臂3 ANSYS有限元分析 (45)第五章 伺服系统选择设计 (49)5.1 步进电机和交流伺服电机性能比较 (49)5.2 机器人驱动方式 (50)5.3各关节传动方式与驱动原件选择 (51)5.3.1 各关节驱动方式选择 (51)5.3.2 各关节驱动原件的选择 (52)5.4 交流伺服电机控制原理 (55)第六章 结 论 (56)- VI -参考文献 (57)致谢 (60)- VII -第一章绪论1.1 课题研究的背景与意义随着现代科技的迅猛发展，机器人技术已广泛应用于人类社会的各个领域。