畢業(yè)答辯-SCARA機(jī)器人運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)模擬仿真

SCARA機(jī)器人運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)及動(dòng)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(guò)程研究結(jié)論1234CONTENTS

第一章研究背景及意義工業(yè)機(jī)器人是20世紀(jì)以來(lái)人類(lèi)社會(huì)自動(dòng)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(jī)械人在制造領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。機(jī)器人為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用，是科技發(fā)展的重點(diǎn)，在我國(guó)機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。本課題以工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的SCARA機(jī)器人作為研究對(duì)象，圍繞其運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)與模擬仿真進(jìn)行研究。。研究背景及意義1973197919631954美國(guó)的戴沃爾對(duì)工業(yè)機(jī)器人的概念進(jìn)行定義，并進(jìn)行了專(zhuān)利申請(qǐng)1963年，日本不二輸送機(jī)工業(yè)株式會(huì)社研發(fā)出專(zhuān)用的搬運(yùn)機(jī)器人，這個(gè)階段研發(fā)的大多數(shù)是3個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)器人1973年，德國(guó)庫(kù)卡機(jī)器人公司研發(fā)出世界首臺(tái)機(jī)電驅(qū)動(dòng)的6軸機(jī)器人，標(biāo)志自動(dòng)控制技術(shù)的一大進(jìn)步1978年日本山梨大學(xué)發(fā)明了世界第一臺(tái)SCARA機(jī)器人研究背景及意義自SCARA機(jī)器人誕生的四十多年以來(lái)，其仍然被認(rèn)為是自動(dòng)加工生產(chǎn)中不可缺少的工業(yè)機(jī)器。它具有3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。另一個(gè)是移動(dòng)關(guān)節(jié)，用于完成末端件在垂直平面的運(yùn)動(dòng)。手腕參考點(diǎn)的位置是由兩旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的角位移Φ2和Φ1及移動(dòng)關(guān)節(jié)的位移Z決定的。這種結(jié)構(gòu)特性使得SCARA機(jī)器人可以靈活地從一點(diǎn)抓取物體，然后快速的安放到另一點(diǎn)。與一般的關(guān)節(jié)型機(jī)器人相比，它具有操作空間小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速，安裝方便，定位精度高，靈活性高等特點(diǎn)。SCARA機(jī)器人的特點(diǎn)研究背景及意義

第二章論文綜述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)包括正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)，正向運(yùn)動(dòng)學(xué)即給定機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量，計(jì)算機(jī)器人末端的位置姿態(tài)；逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)即已知機(jī)器人末端的位置姿態(tài)，計(jì)算機(jī)器人對(duì)應(yīng)位置的全部關(guān)節(jié)變量。一般正向運(yùn)動(dòng)學(xué)的解是唯一和容易獲得的，而逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)往往有多個(gè)解而且分析更為復(fù)雜。論文綜述設(shè)計(jì)初期三維建模運(yùn)動(dòng)仿真分析結(jié)果參考相關(guān)文獻(xiàn)了解SCARA機(jī)器人結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)用CATIA軟件對(duì)SCARA機(jī)器人進(jìn)行三維建模將繪制完的三維模型導(dǎo)入至ADAMS中，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(guò)程CATIA及ADAMS簡(jiǎn)介CATIA是法國(guó)達(dá)索公司的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)旗艦解決方案。它可以通過(guò)建模幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來(lái)的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。其廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航天等行業(yè)。ADAMS是美國(guó)MDI公司開(kāi)發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件，是世界上最權(quán)威的，使用最廣泛的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件之一。用戶(hù)可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。建模與仿真過(guò)程0102020102單擊此處編輯您要的內(nèi)容，建議您在展示時(shí)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(guò)程機(jī)器人主要零件展示機(jī)器人大臂機(jī)器人底座零件0102040302建模與仿真過(guò)程機(jī)器人主要零件展示機(jī)器人小臂零件傳動(dòng)軸與腕部01020102單擊此處編輯您要的內(nèi)容，建議您在展示時(shí)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(guò)程機(jī)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(tái)，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(duì)凹槽的垂直面進(jìn)行拔模。再繪制出第一限制為10mm，第二限制為4mm的凸臺(tái)。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(tái)、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(shí)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(guò)程部分零件繪制過(guò)程機(jī)器人大臂繪制過(guò)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(shí)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(guò)程裝配過(guò)程機(jī)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(dòng)軸1，先對(duì)大臂凹槽的軸線和傳動(dòng)軸凸臺(tái)軸線進(jìn)行相合約束，如圖1圖1在裝配界面分別插入底座的四個(gè)零件，將底座蓋板左邊孔的軸線與底座機(jī)架左邊孔的軸線進(jìn)行相合約束，再將底蓋板和機(jī)架的面進(jìn)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(jìn)行相合約束，再將蓋板與機(jī)架的面進(jìn)行相合約束。底座的其他零件之間的約束也是運(yùn)用相合與接觸操作。如圖2。圖2010202建模與仿真過(guò)程裝配過(guò)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(gè)軸與小臂底座相應(yīng)的凹槽進(jìn)行相合約束，再進(jìn)行接觸約束，其余零件的裝配也進(jìn)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(guò)程裝配過(guò)程

零件爆炸圖如下圖010202建模與仿真過(guò)程裝配過(guò)程零件總裝配圖如下圖010202建模與仿真過(guò)程仿真過(guò)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(guò)程中出現(xiàn)兼容性問(wèn)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(kāi)，之后另存為x_t格式的文件并選擇路徑進(jìn)行保存。左圖為導(dǎo)入成功的圖。010202建模與仿真過(guò)程仿真過(guò)程在仿真之前要定義零件的材料點(diǎn)擊屏幕左側(cè)Bodies,出現(xiàn)所有的零件列表，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊所要修改的零件，再點(diǎn)擊Modify選項(xiàng)，在DefineMassBy選項(xiàng)中的UserInput修改為GeometryandMaterialType，修改之后出現(xiàn)MaterialType選項(xiàng)，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊選項(xiàng)欄，再點(diǎn)擊Material，再點(diǎn)擊Guesses，選擇材料為stell。再修改零件的顏色。010202建模與仿真過(guò)程仿真過(guò)程

在第一欄中選擇2Bodies-1Location，第一個(gè)物體選擇地面，第二個(gè)物體選擇底座的機(jī)架部分，位置選擇機(jī)架中的一點(diǎn)。按照此步驟將底座部分的其余零件和地面固定住。點(diǎn)擊Joints中的轉(zhuǎn)動(dòng)副，在轉(zhuǎn)動(dòng)副選項(xiàng)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(dòng)副添加也做上述操作。010202建模與仿真過(guò)程仿真過(guò)程

點(diǎn)擊Joints中的圓柱副，選擇2Bodies-1Location，第一個(gè)物體選擇小臂，第二個(gè)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(diǎn)，方向向下。在菜單欄中選擇Motion，再點(diǎn)擊JiontMotion中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，再點(diǎn)擊轉(zhuǎn)動(dòng)副即可完成添加，將所有的轉(zhuǎn)動(dòng)副與圓柱副都添加上旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。0202建模與仿真過(guò)程仿真過(guò)程在菜單欄中選擇Motion，再點(diǎn)擊JiontMotion中的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)，再點(diǎn)擊末端件的圓柱副即可完成添加。右鍵點(diǎn)擊大臂與底座的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，再點(diǎn)擊Modify，在Function中修改驅(qū)動(dòng)函數(shù)010202建模與仿真過(guò)程仿真過(guò)程

大臂與底座之間的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(guò)程仿真過(guò)程仿真過(guò)程010202建模與仿真過(guò)程仿真過(guò)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(guò)程仿真過(guò)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(guò)程仿真過(guò)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(guò)程仿真過(guò)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(guò)程仿真過(guò)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(guò)程仿真過(guò)程