畢業(yè)答辯-SCARA機器人運動設(shè)計及動態(tài)模擬仿真

SCARA機器人運動設(shè)計及動態(tài)模擬仿真答辯人：指導(dǎo)教師：研究背景及意義論文綜述建模與仿真過程研究結(jié)論1234CONTENTS

第一章研究背景及意義工業(yè)機器人是20世紀(jì)以來人類社會自動化工業(yè)飛速發(fā)展的文明成果，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，機械人在制造領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。機器人為推動經(jīng)濟發(fā)展起到了巨大的推動作用，是科技發(fā)展的重點，在我國機器人的研究與設(shè)計既是重點也是難點。本課題以工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的SCARA機器人作為研究對象，圍繞其運動設(shè)計與模擬仿真進行研究。。研究背景及意義1973197919631954美國的戴沃爾對工業(yè)機器人的概念進行定義，并進行了專利申請1963年，日本不二輸送機工業(yè)株式會社研發(fā)出專用的搬運機器人，這個階段研發(fā)的大多數(shù)是3個關(guān)節(jié)的機器人1973年，德國庫卡機器人公司研發(fā)出世界首臺機電驅(qū)動的6軸機器人，標(biāo)志自動控制技術(shù)的一大進步1978年日本山梨大學(xué)發(fā)明了世界第一臺SCARA機器人研究背景及意義自SCARA機器人誕生的四十多年以來，其仍然被認(rèn)為是自動加工生產(chǎn)中不可缺少的工業(yè)機器。它具有3個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進行定位和定向。另一個是移動關(guān)節(jié)，用于完成末端件在垂直平面的運動。手腕參考點的位置是由兩旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的角位移Φ2和Φ1及移動關(guān)節(jié)的位移Z決定的。這種結(jié)構(gòu)特性使得SCARA機器人可以靈活地從一點抓取物體，然后快速的安放到另一點。與一般的關(guān)節(jié)型機器人相比，它具有操作空間小，結(jié)構(gòu)簡單，動作迅速，安裝方便，定位精度高，靈活性高等特點。SCARA機器人的特點研究背景及意義

第二章論文綜述機器人運動學(xué)簡述機器人運動學(xué)包括正向運動學(xué)和逆向運動學(xué)，正向運動學(xué)即給定機器人各關(guān)節(jié)變量，計算機器人末端的位置姿態(tài)；逆向運動學(xué)即已知機器人末端的位置姿態(tài)，計算機器人對應(yīng)位置的全部關(guān)節(jié)變量。一般正向運動學(xué)的解是唯一和容易獲得的，而逆向運動學(xué)往往有多個解而且分析更為復(fù)雜。論文綜述設(shè)計初期三維建模運動仿真分析結(jié)果參考相關(guān)文獻了解SCARA機器人結(jié)構(gòu)與運動方式運用CATIA軟件對SCARA機器人進行三維建模將繪制完的三維模型導(dǎo)入至ADAMS中，并進行運動仿真在ADAMS中生成曲線，并分析曲線論文綜述第三章建模及仿真過程CATIA及ADAMS簡介CATIA是法國達索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。它可以通過建模幫助制造廠商設(shè)計他們未來的產(chǎn)品，并支持從項目前階段、具體的設(shè)計、分析、模擬、組裝到維護在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計流程。其廣泛應(yīng)用于汽車、航天等行業(yè)。ADAMS是美國MDI公司開發(fā)的虛擬樣機分析軟件，是世界上最權(quán)威的，使用最廣泛的機械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件之一。用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析。建模與仿真過程0102020102單擊此處編輯您要的內(nèi)容，建議您在展示時采用微軟雅黑字體，本模版所有圖形線條及其相應(yīng)素材均可自由編輯、改色、替換。建模與仿真過程機器人主要零件展示機器人大臂機器人底座零件0102040302建模與仿真過程機器人主要零件展示機器人小臂零件傳動軸與腕部01020102單擊此處編輯您要的內(nèi)容，建議您在展示時采用微軟雅黑字體，本模版所有圖形線條及其相應(yīng)素材均可自由編輯、改色、替換。建模與仿真過程機器人其余零件展示01020102首先繪制如圖1所示的草圖，再拉伸出40mm的凸臺，如圖2，再繪制出如圖3的草圖，再繪制出深度為3mm的凹槽，如圖4。并對凹槽的垂直面進行拔模。再繪制出第一限制為10mm，第二限制為4mm的凸臺。如圖5。繪制如圖6的草圖再繪制出深20mm的凹槽。其余部分利用凸臺、倒圓角、凹槽與球面指令繪制。擊此處編輯您要的內(nèi)容，建議您在展示時采用微軟雅黑字體，本模版所有圖形線條及其相應(yīng)素材均可自由編輯、改色、替換。建模與仿真過程部分零件繪制過程機器人大臂繪制過程圖1圖2圖3圖4圖5圖6010202單擊此處編輯您要的內(nèi)容，建議您在展示時采用微軟雅黑字體，本模版所有圖形線條及其相應(yīng)素材均可自由編輯、改色、替換。建模與仿真過程裝配過程機器人底座零件在插入菜單中選擇現(xiàn)有部件，分別選擇大臂和傳動軸1，先對大臂凹槽的軸線和傳動軸凸臺軸線進行相合約束，如圖1圖1在裝配界面分別插入底座的四個零件，將底座蓋板左邊孔的軸線與底座機架左邊孔的軸線進行相合約束，再將底蓋板和機架的面進行接觸約束，再將底座蓋板上孔的軸線與底座上平面孔的軸線進行相合約束，再將蓋板與機架的面進行相合約束。底座的其他零件之間的約束也是運用相合與接觸操作。如圖2。圖2010202建模與仿真過程裝配過程

將小臂底座與其內(nèi)部零件一次導(dǎo)入到裝配界面中，將各個軸與小臂底座相應(yīng)的凹槽進行相合約束，再進行接觸約束，其余零件的裝配也進行相合、接觸約束。小臂內(nèi)部裝配圖如圖3，小臂總裝配圖如圖4。圖3圖4

010202建模與仿真過程裝配過程

零件爆炸圖如下圖010202建模與仿真過程裝配過程零件總裝配圖如下圖010202建模與仿真過程仿真過程首先要將在CATIA中繪制好的三維圖導(dǎo)入到ADAMS中，如果在導(dǎo)入的過程中出現(xiàn)兼容性問題可以將CATIA的裝配圖另存為STEP格式，再用PROE軟件將STEP格式的文件打開，之后另存為x_t格式的文件并選擇路徑進行保存。左圖為導(dǎo)入成功的圖。010202建模與仿真過程仿真過程在仿真之前要定義零件的材料點擊屏幕左側(cè)Bodies,出現(xiàn)所有的零件列表，鼠標(biāo)右鍵點擊所要修改的零件，再點擊Modify選項，在DefineMassBy選項中的UserInput修改為GeometryandMaterialType，修改之后出現(xiàn)MaterialType選項，鼠標(biāo)右鍵點擊選項欄，再點擊Material，再點擊Guesses，選擇材料為stell。再修改零件的顏色。010202建模與仿真過程仿真過程

在第一欄中選擇2Bodies-1Location，第一個物體選擇地面，第二個物體選擇底座的機架部分，位置選擇機架中的一點。按照此步驟將底座部分的其余零件和地面固定住。點擊Joints中的轉(zhuǎn)動副，在轉(zhuǎn)動副選項中選擇2Bodies-1Location，依次選擇底座與大臂，將位置選擇在軸上。大臂與小臂之間的轉(zhuǎn)動副添加也做上述操作。010202建模與仿真過程仿真過程

點擊Joints中的圓柱副，選擇2Bodies-1Location，第一個物體選擇小臂，第二個物體選擇與末端執(zhí)行件所連接的軸，位置選擇在軸上的一點，方向向下。在菜單欄中選擇Motion，再點擊JiontMotion中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，再點擊轉(zhuǎn)動副即可完成添加，將所有的轉(zhuǎn)動副與圓柱副都添加上旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。0202建模與仿真過程仿真過程在菜單欄中選擇Motion，再點擊JiontMotion中的移動驅(qū)動，再點擊末端件的圓柱副即可完成添加。右鍵點擊大臂與底座的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，再點擊Modify，在Function中修改驅(qū)動函數(shù)010202建模與仿真過程仿真過程

大臂與底座之間的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動修改的函數(shù)為STEP(time,0,0,5,0)+STEP(time,5,0,10,1)+STEP(time,10,0,15,0)+STEP(time,15,0,20,-1)+STEP(time,20,0,25,0)+STEP(time,25,0,30,-1)+STEP(time,30,0,35,0)+STEP(time,35,0,40,1)

大臂與小臂之間旋轉(zhuǎn)驅(qū)動函數(shù)修改為STEP(time,0,0,5,1.3)+STEP(time,10,0,11.5,0.3)+STEP(time,11.5,0,13.5,0)+STEP(time,13.5,0,15,0.3)+STEP(time,30,0,31.5,0.3)+STEP(time,31.5,0,33.5,0)+STEP(time,33.5,0,35,-0.3)

末端執(zhí)行件的移動驅(qū)動函數(shù)修改為STEP(time,11.5,0,13.5,50)+STEP(time,13.5,0,15,-50)+STEP(time,20,0,21.5,50)+STEP(time,21.5,0,23.5,0)+STEP(time,23.5,0,25,50)+STEP(time,30,0,31.5,50)+STEP(time,31.5,0,33.5,0)+STEP(time,33.5,0,35,-50)

末段執(zhí)行件的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動函數(shù)修改為STEP(time,10,0,11.5,1)+STEP(time,11.5,0,13.5,0)+STEP(time,13.5,0,15,-1)+STEP(time,21.5,0,23.5,1)+STEP(time,23.5,0,25,-1)仿真視頻仿真與建模過程仿真過程仿真過程010202建模與仿真過程仿真過程大臂、小臂、腕部速度，位移，加速度曲線如下大臂x軸速度曲線大臂y軸速度曲線大臂z軸速度曲線大臂x軸位移010202建模與仿真過程仿真過程大臂y軸位移大臂z軸位移大臂x軸加速度大臂z軸加速度010202建模與仿真過程仿真過程大臂z軸加速度小臂x軸速度曲線小臂y軸速度曲線小臂z軸速度曲線010202建模與仿真過程仿真過程小臂x軸位移小臂y軸位移小臂z軸位移小臂x軸加速度曲線010202建模與仿真過程仿真過程小臂z軸加速度腕部x軸速度腕部y軸速度曲線腕部z軸速度010202建模與仿真過程仿真過程