SCARA機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
資料介紹
機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多門學(xué)科而形成的高新技術(shù)。其本質(zhì)是感知、決策、行動(dòng)和交互四大技術(shù)的綜合,是當(dāng)代研究十分活躍,應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用水平是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。工業(yè)機(jī)器人既具有操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置,是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。目前機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域主要還是集中在汽車工業(yè),它占現(xiàn)有機(jī)器人總數(shù)的 28.9%。其次是電器制造業(yè),約占16.4%,而化工業(yè)則占11.7%。此外,工業(yè)機(jī)器人在食品、制藥、器械、航空航天及金屬加工等方面也有較多應(yīng)用。隨蓑工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域開始從制造業(yè)擴(kuò)展到非制造業(yè),同時(shí)在原制造業(yè)中也在不斷的深入滲透,向大、異、薄、軟、窄、厚等難加工領(lǐng)域深化、擴(kuò)展。而新開辟的應(yīng)用領(lǐng)域有木材家具、農(nóng)林牧漁、建筑、橋梁、醫(yī)藥衛(wèi)生、辦公家用、教育科研及一些極限領(lǐng)域等非制造業(yè)。一般來說,機(jī)器人系統(tǒng)可按功能分為下面四個(gè)部分…: 1)機(jī)械本體和執(zhí)行機(jī)構(gòu):包括機(jī)身、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、操作機(jī)構(gòu)、框架、機(jī)械連接等內(nèi)在的支持結(jié)構(gòu)。 2)動(dòng)力部分:包括電源、電動(dòng)機(jī)等執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)電路。 3)檢測(cè)傳感裝置:包括傳感器及其相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)電路。 4)控制及信息處理裝置: 由硬件、軟件構(gòu)成的機(jī)器人控制系統(tǒng)。 1.2國(guó)內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)”。: (1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修),而單機(jī)價(jià)格不斷下降,平均單機(jī)價(jià)格從91年的lO.3萬美元降至2005 年的5萬美元。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī):國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展,便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高,控制柜日見小巧,且采用模塊化結(jié)構(gòu);大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (4)機(jī)器人中的傳感器作用F1益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外,裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器,而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制,如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng),而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制,即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng),使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 (7)機(jī)器人化機(jī)械丌始興起。從1994年美國(guó)開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來,這種新型裝罱已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一,紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。 1 3 SCARA機(jī)器人簡(jiǎn)介 SCARA機(jī)器人(如圖l一1所示)很類似人的手臂的運(yùn)動(dòng),它包含肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)水平和垂直運(yùn)動(dòng),在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向,是一種固定式的工業(yè)機(jī)器人。它具有四個(gè)自由度,其中,三個(gè)是旋轉(zhuǎn)自由度,一個(gè)是移動(dòng)自由度。3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),其軸線相互平行,手腕參考點(diǎn)的位置是由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的角位移紀(jì)和妒,,及移動(dòng)關(guān)節(jié)的位移z來決定的。這類機(jī)器人結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快,例如Adeptl型SCARA機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)lOm/s,比一般的關(guān)節(jié)式機(jī)器人快數(shù)倍。它能實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng),全臂在垂直方向的剛度大,在水平方向的柔性大,具有柔順性。
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