scara机器人的设计开发与抑振方法的研究

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1、分类号：TP242密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文SCARA机器人的设计开发与抑振方法的研究论文作者：孙晨光学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：刘宇红职称：副教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentationEngineeringRESEARCHONDESIGNANDEXPLOITATIONOFSCARAROBOTANDVIBRATIONSUPPRESSIONMETHODby

2、SunChenguangSupervisor:Prof.LiuYuhongMay2017原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校

3、有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权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；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着中国制造2025概念的提出，工业机器人成为我国制造业关注的焦点之一，目前，国内生产的工业机器人在重复精度问题、抑振问题、机械性能问题上都与国外存在一定差距。针对提高机械性能，抑制机器人振动等问题，本文研发制造了一种SCARA水

4、平关节工业机器人，具体工作内容如下：1.首先，本文重点对比了多种SCARA机器人机械传动方式，分析各自优缺点。在此基础上，依据模块化、轻量化、紧凑化的设计思路，结合对比分析结果和设计制造的经济性与合理性，提出一种满足设计需求的各关节传动形式。对关键零部件做设计选型计算以及校核工作，在三维软件环境下建立其结构的模型，并装配出所设计的SCARA机器人样机。2.其次，从结构本体角度考虑有效抑制SCARA机器人末端残余振动的解决方法，本文利用ANSYSWorkbench优化了SCARA机器人大臂三维模型，运用有限元分析方法对大臂做静力学分

5、析，得到大臂的应力应变云图及前六阶模态参数。采用拓扑优化方法得到大臂结构建议优化部位分布图。在此基础上，利用MATLAB曲线拟合方法寻找优化最优解，进而得到优化结构尺寸。对比优化前后的大臂结构，表明优化后的结构在机械性能以及固有频率上均有不同幅度的提高。3.最后，从轨迹规划角度考虑有效抑制SCARA机器人末端残余振动的解决方法。将SCARA机器人的大臂小臂结构抽象为水平面内的双连杆结构，并且大臂为刚性杆，小臂为柔性杆，运用假设模态法和拉格朗日方程结合进行动力学建模，得到系统的动力学方程。设计满足SCARA机械臂运动情况的边界条件的

6、转角轨迹方程，代入PID控制方法中设计连杆输入力矩，从而在柔性杆按照预计的轨迹运动时，一阶模态的残余振动得到抑制，仿真的验证也证明了方法的有效性和合理性。关键字：SCARA机器人结构设计模态分析拓扑优化轨迹规划IABSTRACTWiththeintroductionofMadeinChina2025,industrialrobotshavebecomeoneofthefocusesofChina'smanufacturingindustry.Atpresent,thereisacertainextentdisparitybetwe

7、enthedomesticindustrialrobotandtheforeigncountriesintheaspectsoftherepeatability,vibrationsuppressionandmechanicalperformance.Inordertoimprovethemechanicalperformanceandrestrainthevibrationoftherobot,akindofSCARAhorizontaljointindustrialrobotisdeveloped:1.First,thispa

8、perfocusesonthecomparisonofavarietyofSCARArobotmechanicaltransmissionandanalyzetheiradvantagesanddisadvantages.Onthisbasis,A