全固定电机驱动的SCARA机器人的研究

发布时间：2017-10-13 19:23

  本文关键词：全固定电机驱动的SCARA机器人的研究

  更多相关文章： 全固定电机 SCARA机器人 套轴 样机设计 样机实验

【摘要】：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。
【关键词】：全固定电机 SCARA机器人 套轴 样机设计 样机实验
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 第二章 SCARA机器人运动学分析16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 机器人运动学系统16-20
• 2.2.1 串联机器人运动学概述16-17
• 2.2.2 连杆参数与连杆坐标系17-19
• 2.2.3 D-H齐次转换矩阵19-20
• 2.3 SCARA机器人运动学模型20-24
• 2.3.1 SCARA机器人正运动学分析20-22
• 2.3.2 SCARA机器人逆运动学分析22-24
• 2.4 SCARA机器人运动学仿真24-31
• 2.4.1 基于SolidWorks Motion的运动学仿真介绍24
• 2.4.2 虚拟样机的建模与装配24-26
• 2.4.3 虚拟样机的运动学仿真26-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 SACRA机器人动力学分析32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 SCARA机器人动力学模型32-36
• 3.3 SCARA机器人动力学模型算例36-38
• 3.4 SCARA机器人的动力学仿真38-44
• 3.4.1 基于SolidWorks Motion的动力学仿真介绍38-39
• 3.4.2 动力学仿真参数设置39-43
• 3.4.3 动力学仿真结果43-44
• 3.5 本章小节44-45
• 第四章 SCARA机器人有限元分析45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 ANSYS Workbench软件介绍45
• 4.3 结构静力分析45-54
• 4.3.1 小臂静力分析45-48
• 4.3.2 大臂静力分析48-50
• 4.3.3 套轴静力分析50-52
• 4.3.4 虚拟样机静力分析52-54
• 4.4 小臂模态分析54-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 SCARA机器人样机设计57-73
• 5.1 引言57
• 5.2 SCARA机器人的总体设计57-60
• 5.2.1 主要技术参数57
• 5.2.2 传动方案的比较与确定57-60
• 5.3 关键零部件的设计计算60-66
• 5.3.1 步进电机选型60-62
• 5.3.2 同步带选型62-64
• 5.3.3 气动元器件选型64-66
• 5.4 大臂套轴结构设计66-70
• 5.5 小臂套轴结构设计70-71
• 5.6 SACRA机器人样机71-72
• 5.7 本章小结72-73
• 第六章 SCARA机器人样机实验73-79
• 6.1 引言73
• 6.2 样机实验平台73-75
• 6.3 样机实验75-78
• 6.3.1 主要技术参数实验75-76
• 6.3.2 搬运作业实验76-78
• 6.4 小结78-79
• 第七章 总结与展望79-81
• 7.1 总结79-80
• 7.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 攻读学位期间的研究成果85-86
• 致谢86

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 段齐骏;机器人工作空间配置的可靠性规划[J];机械科学与技术;2004年02期

2 钟勇,朱建新;一种新的机器人工作空间求解方法[J];机床与液压;2004年04期

3 张培艳,吕恬生,宋立博;排球机器人动作规划方法研究[J];机床与液压;2004年06期

4 曹毅,王树新,李群智;基于随机概率的机器人工作空间及其面积求解[J];制造业自动化;2005年02期

5 胡磊;刘文勇;王豫;栾胜;;骨科机器人空间设计方法研究[J];机器人;2006年04期

6 石磊;;松协调下双臂机器人的协作工作空间计算[J];微计算机信息;2007年24期

7 许卫斌;平雪良;应再恩;杜永忠;李正洋;;6R型串联机器人工作空间快速求解方法[J];机械设计;2013年06期

8 王兴海,周迢;机器人工作空间的数值计算[J];机器人;1988年01期

9 郭明,周国斌;多关节机器人工作空间的分析与评价方法[J];机器人;1988年04期

10 陈国欣,李诚琚;计算机绘图在机器人工作空间分析中的应用[J];机器人;1988年05期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 范守文;徐礼钜;;机器人工作空间分析的解析法[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年

2 殷子强;张广军;袁新;赵慧慧;吴林;;人机交互式机器人弧焊再制造系统设计[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年

3 范波涛;闫成新;;喷浆机器人灵巧度分析[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（下册）[C];1999年

4 海丹;刘玉鹏;郑志强;;四轮全向机器人的设计与控制方法[A];2005中国机器人大赛论文集[C];2005年

5 高理富;宋宁;;Puma控制器改造中的控制算法探究[A];2003年中国智能自动化会议论文集（上册）[C];2003年

6 徐晓;翟敬梅;谢存禧;;机器人柔性装配单元的设计[A];第十届粤港机电工程技术与应用研讨会暨梁天培教授纪念会文集[C];2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 蒋峻;具有力感知的腹腔镜微创手术从动机器人的研究[D];上海交通大学;2014年

2 管小清;冗余度涂胶机器人关键技术研究[D];北京理工大学;2015年

3 杜海艳;MRI环境下乳腺介入机器人穿刺路径规划研究[D];哈尔滨理工大学;2015年

4 韩金华;护士助手机器人总体方案及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

5 赵扬;机器人磨削叶片关键技术研究[D];吉林大学;2009年

6 李正义;机器人与环境间力/位置控制技术研究与应用[D];华中科技大学;2011年

7 杨东勇;多机器人协作的学习与进化方法[D];浙江大学;2005年

8 刘淑华;复杂动态环境下多机器人的运动协调研究[D];吉林大学;2005年

9 郝宗波;家庭移动服务机器人的若干关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

10 李相鹏;连通性约束的多机器人集合及导航[D];中国科学技术大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郑为凑;轻工包装机器人专用运动控制系统研究[D];江南大学;2015年

2 齐龙;基于视觉的6自由度机器人焊接控制研究[D];燕山大学;2015年

3 彭真;典型工况下四自由度高速重载机器人起动特性的研究[D];燕山大学;2015年

4 赵登步;基于机器视觉的SCARA机器人快速定位控制系统的研究与开发[D];江南大学;2015年

5 邱焕能;机器人操作臂控制驱动系统研究[D];华南理工大学;2015年

6 王权;基于大臂并联的四自由度机器人结构设计与研究[D];郑州轻工业学院;2015年

7 翟美新;基于李群李代数的机器人运动特性分析与研究[D];南京理工大学;2015年

8 BUI HUU TOAN;智能服务机器人控制系统研究与实现[D];南京理工大学;2015年

9 高君涛;工业码垛机器人的轨迹优化及结构拓扑优化设计[D];西安建筑科技大学;2015年

10 姜柏森;一种变几何桁架机器人运动学建模及轨迹规划算法[D];上海交通大学;2015年

，

本文编号：1026657