SCARA机器人结构优化设计及运动学仿真

摘要

SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）机器人又称平面关节型机器人，是目前世界工业生产中应用较为广泛的一种。本论文的主要目的在于对SCARA机器人进行优化设计和运动学仿真分析，以进一步提高SCARA机器人的精度和刚度，实现准确搬运物品和装配等功能。主要研究工作包括:
　　(1)针对SCARA机器人的机械结构进行优化设计，具体包括:传动方案的确定、电机的选择、各个关节和抓手的设计以及材料的选择，并对结构中的误差源进行分析，实现结构的优化，从而提高机器人的精度和刚度。
　　(2)针对工作环境要求，对步进电机、同步带及抓手等机械结构进行参数计算，根据计算结果，选择合适的型号。并对机器人的强度进行校核，确保设计的机器人符合安全要求。
　　(3)在各个机械结构和参数确定之后，利用SolidWorks软件进行三维建模，并绘制工程图。
　　(4)在三维建模的基础上，利用ADAMS软件对SCARA机器人的模型进行运动学仿真，并进行可行性分析。通过仿真结果证实，所设计的SCARA机器人可以稳定的抓取工件，能实现工件的正常搬运和装配。
　　(5)通过对目前常用的控制方案进行分析比较，最终采用FPGA作为主控制器的方案。分别对MCU控制模块、串口通讯模块、检测模块、控制模块、存储模块、显示模块、电源模块和JTAG接口等八个模块进行设计，搭建硬件系统，从而驱动机器人运动。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 本文研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 工业机器人的分类

1．4 本文课题来源、主要研究内容及意义

1．4．1 本文课题来源、主要研究内容

1．4．2 本文研究意义

1．5 本章小结

第二章 SCARA机器人机械结构优化设计及误差分析

2．1 总体设计

2．2 传动方案的确定

2．3 电机的选择

2．4 第一关节机械结构设计

2．5 第二关节机械结构设计

2．6 第三、四关节机械结构设计

2．7 抓手机械结构设计

2．8 材料的选择

2．9 误差分析

2．10 本章小结

第三章 SCARA机器人机械结构参数计算

3．1 步进电机的计算和选型

3．2 同步带的计算和选型

3．3 抓手设计计算

3．4 强度校核

3．5 本章小结

第四章 SCARA机器人运动学仿真分析

4．1 ADAMS软件概述

4．2 SCARA机器人的运动学仿真

4．2．1 虚拟样机模型的导入

4．2．2 约束与驱动的添加

4．2．3 仿真结果的后处理

4．3 本章小结

第五章 硬件系统设计

5．1 硬件系统设计概述

5．1．1 控制系统设计要求

5．1．2 系统结构设计

5．1．3 硬件系统原理概述

5．2 系统硬件模块设计

5．2．1 MCU控制模块

5．2．2 串口通讯模块

5．2．3 检测模块

5．2．4 控制模块

5．2．5 存储模块

5．2．6 显示模块

5．2．7 电源模块

5．2．8 JTAG接口

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况