SCARA机器人大臂静态力学性能研究

针对SCARA机器人大臂,利用ANSYS Workbench软件建立有限元分析模型,并在此基础上进行结构静力分析,研究其应力、应变分布状况,分析其强度和刚度等力学性能,并通过实验测试验证,验证了仿真结果的准确性,为SCARA机器人大臂结构的优化提供理论依据。     

本期导读

<正>关键词一SCARA机器人P01随着劳动力成本的上升及工业机器人技术的发展,工业机器人被越来越多的应用于制造业。SCARA机器人因其具有动作快、精度高、部件少、可靠性高等特点,被广泛应用于高效率的装备、焊接、密封和搬运等领域。《基于数值模拟技术的SCARA机器人本体设计与优化》一文利用数值模拟技术对SCARA机器人进行结构和电机参数优化设计,能为其设计和优化提供重要依据。     

基于遗传算法的直驱SCARA机器人臂长优化设计

由于选择顺应性装配机器手臂（selective compliance assembly robot arm,简称SCARA）机器人关节驱动链过长,无法满足电子芯片等制造行业高速、高精度的要求,因此提出了一种直驱SCARA机器人,其特点是结构简单、消除了中间传动环节,代替了传统的伺服电机加减速器驱动的方式。同时,针对直驱关节转矩脉动较大、影响机器人端部稳定性的问题,提出了一种优化和设计思路,对于机器人的整体结构和参数进行了优化。在确定了SCARA机器人最大运动范围之后,分别建立了速度评价函数和刚度评价函数,以速度、刚度性能函数为适应性函数,采用多目标遗传算法对臂长进行优化。臂长优化前后的实验对比显示,优化前关节联合速度最大为3.9 m/s,优化后关节联合速度最大为4.6 m/s,有较大的提升。通过仿真发现：在末端载荷相同的情况下,优化后的形变量更小;优化前重复定位精度为±0.010 5 mm,较之传统SCARA机器人的重复定位精度已有一定提升,优化后重复定位精度进一步提高为±0.009 mm。仿真与实验结果证明,遗传算法优化有效解决了SCARA机器人端部稳定性问题,能明显提升机器人关节运...     

SCARA机器人大臂结构模态分析与拓扑优化

选择顺应性装配机器手臂(SCARA)在水平面内运动速度快、重复定位精度高。为优化SCARA机器人大臂机械结构性能,减轻大臂重量,采用了模态分析与拓扑优化相结合的方法。首先建立SCARA机器人大臂三维模型,导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中作静力学分析和模态分析,得到前6阶固有频率和振型结果;然后,利用拓扑优化方法为大臂去除材料的优化方向提出建议,重新设计大臂的优化结构并计算优化结构的模态参数;最后,对比优化前后模态参数结果,证明优化后的结构在减轻大臂重量的同时提高了大臂的机械性能。     

一种新型工业机器人设计及运动仿真分析

针对传统SCARA机器人和六关节机器人运动范围不足和成本高等缺点,提出了一种新型工业机器人结构,同时结合SCARA和六关节机器人的优点,将SCARA机器人末端升降结构设置在新型工业机器人的第二关节部,用来增加机器人运动空间。另外,利用导轨保持机器人运行刚性,保证机器人运行精度。最后利用Motion软件对新型工业机器人进行运动学仿真,得出机器人运动扭矩图,为机器人伺服电机、减速机选型以及样机生产提供参考依据。     

单臂SCARA手的动力学建模与参数辨识

针对单臂SCARA手臂机械结构,获取单臂高速大气机械手的动态特性对于机器人的精确运动和动力学控制有着重要的意义。首先将SCARA型机械手动力学分为上升、旋转和伸缩三个模块进行讨论。然后提出了其等效的运动学模型,并求出运动学的正反解,同时用拉格朗日法求出了动力学方程。最后利用参数辨识的方法求解出摩擦系数。利用了MATLAB机器人工具箱对机械手的运动学和动力学进行了仿真实验,通过比较整个动态转矩和电机扭矩证明了算法的有效性。经过实际测试,该动力学可靠有效。     

双SCARA异型插件机控制系统研究

针对目前多机器人的异型插件机控制复杂、成本高的问题,提出并设计了一种双SCARA机器人异型插件机控制系统,分别从硬件和软件两个方面进行了研究。首先,对该控制系统的载体及硬件核心——工业PC机的结构进行了介绍;其次,设计了一种基于动态系统法的无碰运动轨迹生成器,作为软件算法的核心;最后,对双SCARA异型插件机的控制流程进行了分析,并提供了双SCARA异型插件机控制系统的实例仿真。通过仿真实验,证实该控制系统是可行有效的。     

基于刚度性能的机器人臂长优化

基于机器人静刚度模型,分析如何通过机器人臂长及位形优化提高机器人刚度。首先,在机器人典型传动部件刚度计算的基础上,分析刚度矩阵的最小奇异值,将之作为评价机器人静刚度性能的指标。然后,为了衡量机器人在整个工作空间中刚度性能的平均水平,提出采用刚度全域性能指标,并以之作为目标函数对机器人臂杆长度进行优化。最后,以本实验室开发的SCARA机器人为例,展示了优化方法的应用及其效果。     

单臂SCARA真空手运动学建模与仿真

由于SCARA机器人水平运动方向上柔性高,而垂直运动方向刚度强,被广泛应用于搬运作业。针对单臂SCARA真空手运动学建模问题,建立了基于robot工具箱的机械臂仿真实验平台。单臂SCARA机器人具有3个自由度,可实现水平、圆周和垂直运动。首先利用MDH法对其运动过程进行了仿真,从正解、反解两个方面对模型进行了运动学描述。然后验证了正、逆运动学求解SCARA机械手模型的正确性。最后提出了一种几何运动学建模的方法,简化了运动学计算过程的复杂性。经仿真平台实验结果表明,该仿真平台系统能够有效的模拟实际现场的运动状态。     

基于ADAMS的爬梯车设计与多体动力学仿真分析

利用美国PTC公司的Pro/E软件对带有可伸缩辅助机构的爬梯车进行三维建模,并利用仿真软件ADAMS对爬梯车进行机械系统运动学仿真分析;通过改变机械结构参数和驱动电机型号对爬梯车动力学模型进行多次仿真分析,为所设计机构的相关参数确定和电机型号选择提供了依据,也为优化爬梯车结构和提升品质的后续工作提供了有价值的数据信息。     

基于柔体动力学分析的平面并联机器人结构优化设计

针对高速高精度机器人的结构柔性问题，提出了一种基于柔体动力学分析的结构参数优化设计方法，并对一种含平行四边形结构的平面并联机器人进行了结构参数优化。采用离散梁模型来仿真机器人的柔性，轴套模型来仿真机器人关节的柔性，建立了参数化的柔体动力学模型。利用动力学仿真软件ADAMS对机器人的动态响应、驱动力矩和固有频率进行了计算，据此对机器人的结构参数进行了优化。最后通过固有频率测试和动态响应实验结果验证了优化设计的有效性和准确性。     

立柱式SCARA型码垛机器人设计与分析

针对中小型货物搬运,设计了一种立柱式SCARA型码垛机器人,可实现一转动、三平移的4自由度运动。设计了SCARA码垛机器人的结构模型,采用D-H矩阵理论推导了其运动学正解模型。机器人的可达工作空间为以臂长和为半径、以移动行程为高度的圆柱体,以工作空间要求为目标,确定了机器人机构的相关几何参数。采用UG对码垛机器人进行三维实体建模,采用ANSYS Workbench软件对其进行静态分析,得到大臂、小臂的应变图。结果表明该机器人的结构强度和应变量满足使用要求,为整体结构的优化设计提供了依据。     

去毛刺机器人的应力分析及优化设计

以去毛刺机器人为研究对象,定性的对其进行静力分析其结果在允许范围内。然后利用三维软件Pro/E对去毛刺机器人进行建立模型,再导入ADAMS运动仿真分析软件中。对其整体和各个关节分别进行应力分析以确定待优化位置,并根据分析结果对其提出相应优化方法。最后优化后发现机器人提高了刚度和强度还进一步减轻质量,达到了轻量化目的。     

SCARA机械臂的仿真振动分析及振动测试

以SCARA机械臂为研究对象,通过建立SCARA机械臂的三维模型,利用ANSYS软件和ADAMS软件对其进行模态分析和动力学分析,得到机械臂的振动特性以及振动最薄弱的部位;再通过实验进一步验证了仿真结果的有效性,SCARA机械臂底座在振动中的变形最大,加速度幅值变化最大;最后针对振动最薄弱部位提出振动被动控制方案,对底座截面尺寸进行优化,使其变形和振幅得到一定改善。该研究为设计更高精度SCARA机械臂和多变工况下SCARA机械臂的动力学设计、减振延寿和性能改进等问题提供更有效的理论与技术支持。     

基于ADAMS和MATLAB的机器人联合运动仿真

运用三维CAD软件Solid Works建立了一款四自由度SCARA型机器人的实体模型,应用多体系统动力学仿真软件ADAMS对其进行运动学仿真分析;接着通过ADAMS与MATLAB的接口模块,在MATLAB中构建机器人的联合仿真控制系统,分别以阶跃函数和正弦函数为输入,采用PID方法控制机器人关节位置,实现基于ADAMS和MATLAB的机器人联合运动学仿真。仿真结果显示,该机器人能够按照期望的驱动运动且轨迹跟踪特性良好。     

新型导管搬运机器人的静刚度及动态特性分析

为提高航空导管的加工效率,配合数控弯管机进行直管弯曲加工工作,设计了一种新型三坐标式导管搬运机器人.该机器人在搬运导管的工作过程中,其静刚度与动态特性是影响工作质量与精度的重要因素.针对该三坐标式搬运机器人的特点,利用旋量理论求解出该机器人的雅可比矩阵;利用有限元仿真软件对其进行静刚度分析,找出机器人工作的极限位姿,并对该机器人位姿进行模态仿真分析;结合静刚度映射理论对其进行静刚度辨识试验并求解出其刚度矩阵,进行了模态试验;试验分析结果与仿真结果进行对比,误差均不超过10％,验证了所建立模型的有效性.从而保证了搬运机器人较高的工作质量与连续性.     

非接触式章动减速电机结构设计与磁场仿真

针对现有机器人谐波减速电机柔轮刚度较弱,存在较多机械摩擦的问题,结合章动减速运动与磁力啮合原理,提出了一种新型章动减速电机。阐述了其结构特点与传动方式,给出了其设计方法及参数选择。利用Maxwell有限元软件分析了减速电机的内部磁场特性与矩角特性。     

基于ADAMS的一种混联机器人动力学仿真

混联机器人由串联SCARA和并联3-RSR机构构成。以混联机器人为研究对象,在SolidWorks中建立机器人的三维模型,再利用ADAMS创建机器人的虚拟样机,对机器人进行动力学仿真,得到各关节的力矩变化情况和峰值力矩,为机器人的电机、减速器和舵机的选型提供依据。     

高速轻型SCARA机器人的机械结构及控制系统研究进展

为了满足小型工业产品高速、精确、稳定的抓取、装配等使用要求,SCARA机器人应运而生。首先从SCARA机器人构型原理出发,分别从驱动布置方式、零部件优化以及动力学分析等角度,详细地阐述SCARA机器人本体的研究现状,然后从SCARA机器人的控制策略出发,分别从运动学分析、参数辨识以及控制方法等角度,阐述SCARA机器人控制系统的发展趋势,并且指出未来SCARA机器人的发展需要解决的一些关键问题。     

零传动机床的高速直线进给单元的伺服动刚度研究

通过对直线电机进给伺服系统的结构特点和组成原理进行分析,推导出直线电机进给系统控制模型,利用Matlab&Simulink软件对模型进行了仿真,并结合GD-3型直线进给单元的伺服刚度的实验研究,分析了控制参数对直线电机伺服刚度的影响规律.