SCARA机器人实验指导书.doc

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1、SCARA机器人实验指导书　　ASCARA机器人实验指导书SCARA教学机器人简介KLD—400教学机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。　　另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直平面的运动。　　手腕参考点的位置由两旋转关节的角位移Ф1和Ф2，及移动关节的位移Z决定的，即P＝f(Ф1，Ф2，Z)，SCARA教学机器人为平面关节型机器人，本机器人采用伺服电机和步进电机驱动，控制简单，编程方便,KLD—400教学机器人是专为满足高等院校机电一体化、自动控制等专业进行机电及控制课程教学实验需要和相关工业机器人应用培训需要而最新开发的

2、四自由度机器人，它是一个多输入多输出的动力学复杂系统，是进行控制系统设计的理想平台；它具有高度的能动性和灵活性，具有广阔的可达空间，是进行运动规划和编程系统设计的理想对象。　　除教学和培训外，KLD—400还可用于细小零件的搬运和电子元件的装配等工业作业。　　系统特点●机构采用平面关节型（SCARA）结构，按工业标准要求设计，速度快、柔性好；●采用交流伺服电机和谐波减速器等，模块化结构，简单、紧凑，完全满足实验的要求；●控制系统采用Windows系列操作系统，二次开发方便、快捷，适于教学实验;●提供通用机器人语言编程系统，可通过图形示教自动生成机器人语言

3、等程序；●提供实验教材，内容涵盖机器人运动学、动力学、控制系统的设计、机器人轨迹规划等。　　用户可以从中选择相关内容满足不同层次的教学实验需要。　　●性价比高；适于在高等院校大范围推广。　　系统配置●硬件平台KLD—400系列伺服运动控制器和微机平台（PC用户自备,带ISA插槽）●软件平台1）Windows操作系统；2）KLD—400机器人图形示教软件技术参数结构形式平面关节式（SCARA型）负载能力1kg运动精度（脉冲当量/转）关节112800关节212800关节3800pulse/mm关节41600未端重复定位精度±0.1mm每轴最大运动范围关节10

4、~270°关节20~200°关节30~60mm关节40~345°每轴最大运动速度关节10.5rad/S关节20.5rad/S关节36mm/S关节43.14rda/S最大展开半径335mm高度480mm本体重量≤25Kg几何尺寸关节1（长度）200mm关节2（长度）135mm关节3（行程）60mm控制方式PTP/CP操作方式示教再现供电电源二相220U、50HZ安装要求安装方式水平安装安装环境温度0~45℃湿度20~80％RH（不能结露）震动0.5G以下避免接触易燃腐蚀性液体或气体，远离电气噪声源软件界面实验一SCARA机器人的运动学分析　　一、实验目的1

5、.理解SCARA机器人运动学的D-H坐标系的建立方法；2.掌握SCARA机器人的运动学方程的建立；3.会运用方程求解运动学的正解和反解；　　二、实验原理1．SCARA机器人齐次坐标系的建立Y2Y3图1SCARA机器人的D-H连杆坐标系的建立采用Denavit-Hartenberg运动学表示法建立坐标系。　　SCARA机器人属于平面关节式机器人，各连杆坐标系如图1。　　相应的连杆参数列于表1，表中θ　　1、θ　　2、d　　3、θ4为关节变量。　　表1SCARA机器人的杆件参数连杆变量αn-1an-1dncosαn-1sinαn-11θ1000102θ20l

6、1010300l2d3104θ400010设与机器人机座相固连的坐标系统O0X0Y0Z0为参考坐标系，每个杆件上固连一个坐标系统，即为动坐标系，从而根据表1各杆件之间的关系，可写出相应的位姿变换矩阵（记为n-1Tn），如下所示（1-1）（1-2）（1-3）（1-4）其中ci=cosθi,，si=sinθi2．SCARA机器人的正运动学分析机器人运动学只涉及到物体的运动规律，不考虑产生运动的力和力矩。　　机器人正运动学所研究的内容是给定机器人各关节的角度，计算机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态问题。　　各连杆变换矩阵相乘，可得到机器人末端执行器的

7、位姿方程（正运动学方程）为=（1-5）式1-5表示了SCARA手臂变换矩阵，它描述了末端连杆坐标系{4}相对基坐标系{0}的位姿，是机械手运动分析和综合的基础。　　式中3．SCARA机器人的逆运动学分析已知机器人末端的位置和姿态，求机器人对应于这个位置和姿态的全部关节角，以驱动关节上的电机，从而使手部的位姿符合要求。　　与机器人正运动学分析不同，逆问题的解是复杂的，而且具有多解性。　　1).求关节变量θ1为了分离变量，对方程的两边同时左乘，得即=令左右矩阵中的第一行第四个元素（1.4），第二行第四个元素（2.4）分别相等。　　即（1-6）（1-7）由以上

8、两式联立可得（1-8）式中；2).关节变量θ2由式（1-7）可得（1-9）式中；