一种基于SCARA机器人机械结构设计

《一种基于SCARA机器人机械结构设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、一种基于SCARA机器人机械结构设计排行榜收藏打印发给朋友举报圈來源：机械工程师2005年第4期发布者：许果土峻峰何岭松热度73票浏览2285次【共0条评论】【我要评论】时间：2007年7月16日20:36摘要：针对SCARA机器人在生产教学中的广泛应用，设计了一个结构简单、传动精度高、操作方便的可以实现用多种控制方式（PC的远程控制，单片机的控制，开关量的控制等）控制的SCARA型机器人。关键词SCARA机器人；机械臂；同步齿形带中图分类号:TP31文献标识码:A文章编1002-2333（2005）04-0065-03SCARA机器人为平面关节

2、型的机器人，它结构简单!体积小，重量轻，安装方便!具有很好的通用性。而且动作迅速、定位精度高。CARA机器人一般采用步进电机驱动,控制简单，编程方便，广泛应用于电器、泵类等装配工作中［1］。本文针对试验教学的需要,设计了一种新型的SCARA机器人。1机器人机械臂的主要性能参数及计算1.1SCARA机器人机械臂的基本性能参数根据木机器人的应用要求，其主要的设计参数要求如下：（1）抓重：＜4kg（2）自由度：4（3）运动参数：大臂：±90（回转角度），角速度S30/s小臂：±60°（冋转角度），角速度＜15°/S手腕冋转：±180（回转角度）,角速度

3、S60/s手腕升降：100mm（升降距离），线速度＜0.01m/s1.2主要参数计算（1）笫三关节采用同步齿形带传动，英参数计算如下:设计功率Pd=KaP=0.32W（查表取Ka=1.6[2]；P=FV=0.2W；皮带的线速度为0.01m/s,,皮带负载为20N）同步带的尺寸参数可根据设计功率和带轮转速及行程而定。（2）步进电机的选型计算机械臂的每个关节都是步进减速电机驱动的（如图1所示）。现以第三个自由度的电机为例说明电机选择的方法。启动转矩T=2Jw+QV=0.2N・m（角速度Gj=5.3r/s2,转动惯量J=7.8xW7kg•m2z负载质量

4、Q=2kg,同步带及负载的线加速度v=5.3x0.01im/s2）考虑阻力等因素选择的步进减速电机的启动转矩为0.2N-mx2安全系数）=0.4N・m。所以电机的启动转矩应该$0.4N.m。以同样方式计算的电机的启动转矩为：底座电机》=0.6N.m第二关节电机20.5N・m手腕回转电机MO.lN.m2机械臂结构的设计[3]2.1总体结构本机械臂的设计根据应用的耍求把机构的可靠性和结构简单作为设计的第一位考虑。从方案的确定，总体的设计，元器件的选用方面都遵循了以上的原则，确保了机械臂可靠正常的工作，同时具备良好的经济性和可维护性。根据上述设计的原则

5、，本机械臂采用了4关节的机械结构，即4自由度机器人•具体包括底座、大秤、小借、腕部。笫一、第二和笫四关节直接采用步进减速电机做传动设备（转动口由度）；第三关节采用同步带传动的方式（升降移动自市度）。机械臂机构的外形如图1.6•腕部（升降）谀銅肌同◎囱◎⑨鄭©D@（rf2.2传动方案的选择[4]根据机械臂的设计原则及要求，我们初步选择了两种传动方案。（1）方案1第一、二、四口rti度选择减速步进电机传动，它精度高，传动比高，效率高，噪咅小，震动小，传动部分的零部件都是标准件，容易购买，安装方便。第三个升降自由度选择同步带传动。它传动精度高，结构紧凑

6、，传动比恒定，传动功率大，效率高，但安装要求比较高，而口负载能力有限。（2）方案2第二自由度采用二级同步齿形带传动，但是安装要求高!结构也较复杂。第三口由度选择步进减速电机直接驱动丝杠螺母传动，把旋转运动转变为直线运动，传动精度高，而II丝杠具有自锁的功能；但是速度不宜太高，而且相对同步齿形带来说重量比较重，需要电机的输出转矩更大，加工要求比较高。英它自由度和方案1一样。以上两个方案从传动上來看都是可以实现的。方案1在结构上是最简单的，所以比较容易实现；方案2结构较复杂，加工和安装都比较困难。方案1用的标准件比佼多，零部件比较少，所以容易加工和购

7、买。综合考虑，我们选择方案1・2.3SCARA机械臂主要部分的结构（1）底座：如图2所示，主要由两部分组成（外壳和轴承套部分）。外壳材料采用45钢。底座的轴承可以承受轴向和径向的力，这样避免了电机过载。电机安装在端盖上，结构简单，加工安装方便，材料用质轻强度好的铝合金。位于轴承套底部的电机7通过对轴1的驱动，从而带动了和轴1固接的人臂的转动.IL一・丄・・一上®2孑_自覽廳劇魁I®懸m做◎腮I•轴2•轴祇套3•轴朋4•外壳5•紧定鱸钉6.端盖7J11C（2）关节2：如图3所示采用铝合金材料，结构简单，外形简洁美观。轴承承受弯曲负载，保护了电机。电

8、机输出轴2转动，带动了轴6转动，小臂和轴6是固接的，所以小臂也随着电机的转动二转动。3456图3第二个自由度1.电机2•电机输岀轴3.轴