一種基于SCARA機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上SCARA機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)精度高、操作方便的可以實(shí)現(xiàn)用多種控制方式(PC的遠(yuǎn)程控制，單片機(jī)的控制，開關(guān)量的控制等）控制的SCARA型機(jī)器人。1     機(jī)器人機(jī)械臂的主要性能參數(shù)及計(jì)算基本參數(shù)    (1)  抓重：4kg    (2)  自由度：4    (3)  運(yùn)動(dòng)參數(shù)：         

2、; 大臂：±90。(回轉(zhuǎn)角度)，角速度30。/s          小臂：±60。，角速度15。/s          手腕回轉(zhuǎn)：±180。，角速度60。/s          手腕升降：100mm(升降距離)，線速度0.01m/s主要參數(shù)計(jì)算    (1)第

3、三關(guān)節(jié)采用同步齒形帶傳動(dòng)，其參數(shù)計(jì)算如下：      設(shè) 計(jì) 功 率 Pd=KaP=0.32W(查 表 取Ka=1.62；P=FV=0.2W；皮帶的線速度為0.01m/s,，皮帶負(fù)載為20N)      同步帶的尺寸參數(shù)可根據(jù)設(shè)計(jì)功率和帶輪轉(zhuǎn)速及行程而定。     (2)步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算     機(jī)械臂的每個(gè)關(guān)節(jié)都是步進(jìn)減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的（如圖1所示）?，F(xiàn)以第三個(gè)自由度的電機(jī)為例說明電機(jī)選擇的方法。 

4、;   啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T=2Jw+QV=0.2N·m( 角速度 =5.3r/s2,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=7.8×107kg·m2,負(fù)載質(zhì)量Q=2kg,同步帶及負(fù)載的線加速度=5.3×0.011m/s2)    考慮阻力等因素選擇的步進(jìn)減速電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為0.2N·m×2)=0.4N·m。 所以電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)該0.4 N.m。    以同樣方式計(jì)算的電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：    底座電機(jī)0.6 N.m &

5、#160;  第二關(guān)節(jié)電機(jī)0.5N.m    手腕回轉(zhuǎn)電機(jī)0.1N.m2 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3   2.1 總體結(jié)構(gòu)        本機(jī)械臂的設(shè)計(jì)根據(jù)應(yīng)用的要求把機(jī)構(gòu)的可靠性和結(jié)構(gòu)簡單作為設(shè)計(jì)的第一位考慮。從方案的確定，總體的設(shè)計(jì)，元器件的選用方面都遵循了以上的原則，確保了機(jī)械臂可靠正常的工作，同時(shí)具備良好的經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性。        根據(jù)上述設(shè)計(jì)的原則，本機(jī)械臂采用了4關(guān)

6、節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，即4自由度機(jī)器人.具體包括底座、大臂、小臂、腕部。第一、第二和第四關(guān)節(jié)直接采用步進(jìn)減速電機(jī)做傳動(dòng)設(shè)備；第三關(guān)節(jié)采用同步帶傳動(dòng)的方式。       機(jī)械臂機(jī)構(gòu)的外形如圖1.2.2 傳動(dòng)方案的選擇4   綜合考慮結(jié)構(gòu),用的標(biāo)準(zhǔn)件/零部件shu liang我們選擇如下方案     第一、二、四自由度選擇減速步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)，它精度高，傳動(dòng)比高，效率高，噪音小，震動(dòng)小，傳動(dòng)部分的零部件都是標(biāo)準(zhǔn)件，容易購買，安裝方便。    第三個(gè)升降

7、自由度選擇同步帶傳動(dòng)。它傳動(dòng)精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)功率大，效率高，但安裝要求比較高，而且負(fù)載能力有限。   2.3 SCARA機(jī)械臂主要部分的結(jié)構(gòu)   （1）底座：如圖2所示，主要由兩部分組成。外殼材料采用 45鋼。底座的軸承可以承受軸向和徑向的力，這樣避免了電機(jī)過載。電機(jī)安裝在端蓋上，結(jié)構(gòu)簡單，加工安裝方便，材料用質(zhì)輕強(qiáng)度好的鋁合金。位于軸承套底部的電機(jī) 7通過對軸1的驅(qū)動(dòng)，從而帶動(dòng)了和軸1 固接的大臂的轉(zhuǎn)動(dòng).     （2）關(guān)節(jié)2：如圖3所示采用鋁合金材料，結(jié)構(gòu)簡單，外形簡潔美觀。軸承承受彎曲負(fù)載，

8、保護(hù)了電機(jī)。電機(jī)輸出軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)了軸6轉(zhuǎn)動(dòng)，小臂和軸6是固接的，所以小臂也隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)二轉(zhuǎn)動(dòng)。     （3）關(guān)節(jié)3：如圖4所示結(jié)構(gòu)簡單緊湊，材料也選擇比較輕的鋁合金。同步帶輪只需要采用一對軸承支撐，這樣既減輕了重量，結(jié)構(gòu)簡單。同時(shí)也可以滿足設(shè)計(jì)要求。電機(jī)1驅(qū)動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同步帶輪帶動(dòng)同步帶6以及和同步帶固接在一起的滑塊3作直線運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)和滑塊3固接的機(jī)械手實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)桿2起支持滑塊3的作用，使得滑塊和同步帶保持在同一水平面上。 3 驅(qū)動(dòng)控制        該機(jī)械臂采用步進(jìn)減速電機(jī)做驅(qū)動(dòng)器件，對機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制也就是對步進(jìn)減速電機(jī)的分布式控制。它可以采用開環(huán)和閉環(huán)的方式。閉環(huán)控制可以使機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)和輸入的指令期望的運(yùn)動(dòng)參數(shù)盡可能的吻合，但是控制部分和機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。開環(huán)控制方式就比較簡單，而且在滿足電機(jī)不失步的情況下，電機(jī)的定位精度很高。因此機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)控制可以采用開環(huán)控制，其開環(huán)控制系統(tǒng)模塊如圖5。    PC主機(jī)通過RS232串口發(fā)送計(jì)時(shí)器參數(shù)和其他的控制參數(shù)，單片機(jī)控制