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畢業(yè)設計（論文）
題目： 4-DOF SCARA機器人結(jié)構設計與運動模擬
系 別 航空工程系
專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化
班級學號 078105226
學生姓名 饒新龍
指導教師 許瑛
二O一一年 六 月
學士學位論文原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立完成的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學位申請的論文或成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。
作者簽名： 日期：
學位論文版權使用授權書
本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權南昌航空大學科技學院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。
作者簽名： 日期：
導師簽名： 日期：
畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目 4-DOF SCARA機器人結(jié)構設計與運動模擬
專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化
班 級 學 號 078105226
學 生 姓 名 饒新龍
指 導 教 師 許瑛
填 表 日 期 2011 年 3 月 11 日
一、 選題的依據(jù)：
機器人技術涵蓋了機械技術與信息技術，水平多關節(jié)機器人（SCARA）在制造行業(yè)中應用非常廣泛。隨著全球化的流行，中國未來的發(fā)展受到嚴峻的考驗。市場競爭的不斷加劇，為盡快將我國的裝配機器人產(chǎn)業(yè)化，SCARA機器人是設計和生產(chǎn)單位急需對這種機器人的結(jié)構和性能進行充分的理論分析和優(yōu)化。對SCARA機器人進行結(jié)構設計與運動模擬的目的就在于使中國對工業(yè)機器人領域有更多的應用。因此，研究機器人的結(jié)構對生產(chǎn)制造有著很重要的意義。
二、 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
1. 國內(nèi)研究概況及發(fā)展趨勢
我國從上世紀80年代開始在高校和科研單位全面開展工業(yè)機器人的研究，近20年來取得不少的科研成果。但是由于沒有和企業(yè)有機地進行聯(lián)合，至今仍未形成具有影響力的產(chǎn)品和有規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。目前國內(nèi)除了一家以組裝為主的中日合資的機器人公司外，具有自主知識產(chǎn)權的工業(yè)機器人尚停留在高?；蚩蒲袉挝唤M織的零星生產(chǎn)，未能形成氣候。近10年來，進口機器人的價格大幅度降低，對我國工業(yè)機器人的發(fā)展造成了一定的影響，特別是我國自行制造的普通工業(yè)機器人在價格上根本無法與之競爭。特別是我國在研制機器人的初期，沒有同步發(fā)展相應的零部件產(chǎn)業(yè)，使得國內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)的機器人過程中，只能依賴配套進口的零部件，更削弱了我國企業(yè)的價格競爭力。 中國作為亞洲第三大的工業(yè)機器人需求國，市場發(fā)展穩(wěn)定，汽車及其零部件制造仍然是工業(yè)機器人的主要應用領域，隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整升級不斷深入和國際制造業(yè)中心向中國的轉(zhuǎn)移，我國的機器人市場會進一步加大，市場擴展的速度也會進一步提高。從近幾年世界機器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機器人技術正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構的模塊化和可重構化；控制技術的開放化、pc化和網(wǎng)絡化；伺服驅(qū)動技術的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術的實用化；工作環(huán)境設計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和智能化等方面。
圖1 圖2
圖1是噴涂機器人，可以代替工人進行噴涂作業(yè)效率高。圖2是焊接機器人，正在焊接零部件。
圖3 圖4
圖3是裝配機器人，在組裝汽車。 圖4、圖5、圖6、圖7都是撿面包機器人它們的工作效率人是無法達到的，在生產(chǎn)面包時幾臺機器人就可以替代幾百人的勞動力。
2． 國外工業(yè)機器人研究概況及發(fā)展趨勢
工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀 工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會和國際機器人聯(lián)合會的統(tǒng)計，世界機器人市場前景看好，從20世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進入20世紀90年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長率平均在10％左右。2004年增長率達到創(chuàng)記錄的20％。其中，亞洲機器人增長幅度最為突出，高達43%。
圖5 圖6
圖7 圖8
圖8、圖9、圖10機器人在裝配汽車，在裝配生產(chǎn)線上各種機器人組成生產(chǎn)線來代替人工的生產(chǎn)線，給更多的時間讓人去做創(chuàng)造性的事情。這對推動科學的發(fā)展、社會的發(fā)展有很大的意義。
圖9 圖10
圖11圖12
工業(yè)機器人技術日趨成熟，已經(jīng)成為一種標準設備被工業(yè)界廣泛應用。從而，相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業(yè)機器人公司，它們包括：瑞典的ABB Robotics，日本的FANUC，德國的KUKA，美國的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics，意大利COMAU公司。為其所在地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)。目前，國際上的工業(yè)機器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。工業(yè)機器人已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、工廠自動化（FA）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動工具。
三．研究內(nèi)容及實驗方案：
研究內(nèi)容：
1．4-DOF SCARA 機器人結(jié)構設計；
2.列寫機器人的運動學方程；
3．機器人的動力分析；
4.繪制零件圖及裝配圖。
設計方案：
1、收集有關資料、寫開題報告；
2、翻譯外文資料；
3、結(jié)構設計；
4、運用UG繪制零件圖及裝配圖；
5、機器人的運動模擬；
6、撰寫畢業(yè)設計論文。
四、目標、主要特色及工作進度
1、目標：
利用GU做SCARA 機器人的結(jié)構設計及運動模擬。
2、主要特色 ：
采用CAD設計機器人能提高設計的效率，為產(chǎn)品開發(fā)縮短時間。
3、工作進度：
1）、收集資料、開題報告、外文翻譯（6000字符以上） 3.01-3.11
2）、總體方案設計 3.14-4.02
3）、零部件的結(jié)構設計 4.06-4.26
4）、計算與強度校核 4.27-5.10
5）、畢業(yè)論文整理及答辯準備 5.26-6.03
五、參考文獻
【1】孫桓，陳作模主編.機械原理.第七版.北京：高等教育出版社，2006.12；
【2】馬香峰主編.工業(yè)機器人的操作機設計.冶金工業(yè)出版社，1966；
【3】宗光華 張慧慧譯.機器人設計與控制.科學出版社，2004；
【4】吳振彪等主編.工業(yè)機器人（第二版）華中科技大學出版社，2006；
【5】于靖軍等主編.機器人結(jié)構學的數(shù)學基礎.機械工業(yè)出版社，2008；
【6】鄭貞平，喻德主編.UG NX 5三維設計與NC加工.機械工業(yè)出版社，2008；
【7】Y.Fujimoto and A.Kawamura. Autonomous Control and 3D Dynamic Simulation of Biped Walking Robot Including Enrironmental Force Interaction. IEEE Robotics and Automation Magzine,1998, 5(2):33-42
1封面.doc
2.任務書.doc
3.外文翻譯
3.學士學位論文原創(chuàng)性聲明.doc
4.摘要.doc
5.目錄.doc
6.正文.doc
7.開題報告.doc
SCARA 2011.prt
大臂主軸零件圖.dwg
小臂主軸零件圖.dwg
裝配圖.dwg
敏捷制造的輕型作業(yè)單元設計機械應用
羅杰D ·奎因，格雷格三考西
機械系和航空航天工程
弗蘭克，戴維M ·薩金特，尼古拉答B(yǎng)arendt
紐曼，維爾吉利奧Velasco
電機工程學系與應用物理系
安迪Podgurski，菊妍喬
Leon S. Sterling, Yoohwan Kim
計算機系工程與科學
凱斯西儲大學（CWRU）
美國俄亥俄州克利夫蘭，44106
摘要：本文介紹了一種靈活的設計用于制造工作單元光機電從類似的產(chǎn)品的裝配部件（即作出部分零件）。我們定義了敏捷制造能夠?qū)崿F(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，從裝配一個產(chǎn)品到另一個產(chǎn)品的裝配?？焖儆布D(zhuǎn)換成為可能，通過使用機器人，靈活的裝配部分，模塊化夾子機模塊化裝配硬件。依靠靈活的饋線上料皮帶和二進制計算機視覺構成估計。這明顯的優(yōu)勢超過nonflexible如碗飼養(yǎng)的飼養(yǎng)計劃需要大量的調(diào)整從一個轉(zhuǎn)換另一部分。正在快速轉(zhuǎn)換軟件促進了一個真正的一次性使用的，面向?qū)ο筌浖h(huán)境，模塊化的軟件，圖形為離線模擬軟件的開發(fā)，以及創(chuàng)新的雙控制器結(jié)構VME總線。這些靈活的功能允許將引進新產(chǎn)品最小的停機時間和系統(tǒng)重構。
1．簡介
1.1什么是敏捷制造？
敏捷制造是一個長期見過增加了過去幾年中，工業(yè)使用。該“敏捷“的定義，但是，目前尚不清楚，也不是一致：“敏捷：一個制造商的措施突然的反應能力，不可預測的變化客戶需求的產(chǎn)品和服務，使一利潤“1。 “今天工廠正在陸續(xù)被在裁縫敏捷貨物交給客戶的要求不停產(chǎn)..
2．敏捷制造
同化物的柔性生產(chǎn)全系列技術，以吸取的教訓以及總質(zhì)量管理，'只是在時間的生產(chǎn)和'精益'生產(chǎn)“3。唯一的共同點之一各種定義是能夠制造出多種對什么可迅速為基礎的類似產(chǎn)品不斷變化的客戶需求。在過去，生產(chǎn)專門針對大批量單一生產(chǎn)產(chǎn)品。在今天的市場，然而，重點是對小批量移動從不斷變化的，客戶驅(qū)動的產(chǎn)品線。
圖1：敏捷作業(yè)單元
一個“敏捷“制造的定義已通過適用于光機電裝配產(chǎn)品：敏捷制造是有能力完成快速轉(zhuǎn)換之間的不同制造利用基本相同的組件工作單元?？焖俎D(zhuǎn)換（以小時為單位），此外，被定義為移動能力的一個產(chǎn)品，從大會
另一種產(chǎn)品裝配與最低的變化工具和軟件?？焖俎D(zhuǎn)換使生產(chǎn)小批量，讓'只是在時間'生產(chǎn)。我們的“敏捷“的定義的中心主題制造業(yè)是能夠迅速推出（按星期計算）為新的組件和部件系統(tǒng)。
在這個系統(tǒng)中，快速完成轉(zhuǎn)換通過可重復使用的軟件的使用，快速變化該機械手夾持器，模塊化工作表和部分饋線其中有足夠的彈性處理，而無需機械零件的幾種類型調(diào)整。這些饋線使用視覺，在硬地夾具，以確定位置和方向部分。通用，可重復使用的例程允許新的部分視力被添加到具有最低系統(tǒng)的努力。
一個實施一個靈活的測試平臺已開發(fā)生產(chǎn)工作單元（圖1）。這包括機械機器人，靈活的部分進料器，視覺系統(tǒng)（攝像機，圖像采集，并庫中的圖像處理程序），以及有限傳感器和執(zhí)行器專用所需人數(shù)完成一個給定的程序集。這樣一個核心特征工作單元是一個控制器控制每一個有能力的上述組件。
該工作單元是中央輸送系統(tǒng)，這是博世實現(xiàn)使用標準的硬件。這是負責轉(zhuǎn)移部分完成組裝機器人之間進行成品和單位一卸貨機器人的機器人安裝在基座附近輸送帶系統(tǒng)。托盤與專業(yè)部件固定裝置是用來在整個集會進行系統(tǒng)完成后，該組件將被刪除從托盤的裝卸機械。最后，安全籠包圍整個工作單元，服務保障
運營商以及提供用于安裝的結(jié)構開銷相機。
2.1輸送系統(tǒng)
輸送機系統(tǒng)在CWRU使用工作單元是一個模型T2的博世制造。托盤在兩個主要傳閱，輸送線。這些行是平行的，彼此相反的操作方向。托盤轉(zhuǎn)移這兩者之間部分由電梯傳熱單元（LTU的）的手段。這些允許各地輸送托盤流通系統(tǒng)和重新排序能力的托盤。在系統(tǒng)托盤的每個都有一個獨特的識別號碼，使系統(tǒng)跟蹤和直接的進展。止損是安裝在關鍵輸送機上的點來控制托盤的流量。這方面的一個創(chuàng)新的輸送系統(tǒng)使用的是使用短“骨刺線“。一種鞭策（圖2）是一個單純的延長輸送機，垂直為主線（類似于鐵路支線）。這允許流主輸送線，而要維持一個機器人執(zhí)行組裝在鞭策。托盤進入一個刺激注冊在機器人的世界由一個坐標系
臂安裝攝像頭，允許地方或機器人消除對托盤零件，避免犧牲機械登記
2.2裝配站
大會的幾個車站的布局進行了分析在選擇最終布局。在評估了幾個每一個布局功能，包括：展示位置相對于機器人輸送機，給料機的影響相對于機器人的位置工作信封，并機器人動作一個通用大會的必要，這是確定，在圖2最適合的布局需要的工作單元。每一個裝配機器人是由兩個包圍模塊化，可移動工作臺和兩個固定喂養(yǎng)表（圖2）。模塊化表很容易交換，允許專門組裝硬件放置在機器人的工作信封。表中包含的模塊化和氣動執(zhí)行器可連接快速電傳感器，允許任何專門工具迅速變化需要一個給定的程序集。通過設計這些表是模塊化和易于交換，不同的裝配硬件可以快速入住。為了實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，模塊化工作登記表在機器人的世界坐標在同一系統(tǒng)由于托盤的方式（即使用臂安裝攝像頭）。進料表是固定的，與水平，partsfeeding輸送機安裝到他們。
圖2：工作站布局
輸送機的一個缺點/刺激系統(tǒng)，如上所述，必須充分交流的時間托盤為一個空的。在這段時間（約15秒）的機器人將可以想象無效。一簡單的解決這個問題是一個迷你倉：一夾具是位于交換部分的工作表來保存一些完成組裝。在一個托盤互換，裝配機器人可以繼續(xù)運作而傳入的工作托盤到達時，放置在迷你倉完成組裝。后來電轉(zhuǎn)移到托盤的刺激，視覺系統(tǒng)寄存器的托盤。該機器人將當前的大會（在其爪仍）托盤上，然后所得款項將完成從組件迷你倉的托盤。
2.3喂料機柔性件
每個支線組成（圖三傳送帶3）。第一輸送機傾斜，從電梯部件散裝料斗。第二輸送機是水平的，具有半透明帶。它傳輸?shù)綑C器人零部件，呈現(xiàn)在附近的機器人underlit節(jié)。該第三輸送機返回未使用的或不利的導向到大型料斗部分。
正確地運作取決于饋線部分被取消的散裝料斗中quasisingulated方式。許多因素影響效益傾斜輸送機：對角輸送到水平方面，皮帶特性（如摩擦系數(shù)），對帶式（防滑，磁力，真空），以及線速度帶，例如。
圖3：靈活澆注系統(tǒng)示意圖
當不同的零件，應美聯(lián)儲，散裝料斗清空，并與新的部件填補。如果部分是類似的幾何形狀，進料沒有變化系統(tǒng)通常是必要的。一些地區(qū)，如圓形或圓柱的（即那些將回滾下來傾斜）可能需要不同的腰帶，如表面，防滑一個或一個不同的角度傾斜。架空相機用于定位部件對水平輸送機。一種緊湊型熒光燈陣列燈是安裝在每個輸送機的水平。用半透明的這些燈一起輸送帶提供underlit領域，部分可向視覺系統(tǒng)。使用二進制視覺工具（目前上料機由一個熟練的視覺系統(tǒng)提供）部分皮帶進行檢查。首先，視覺系統(tǒng)會查看是否一部分是抓握（即部分承認的是，穩(wěn)定姿態(tài)（位置和方向）和足夠的間隙之間存在的一部分，它的鄰國抓住了它爪）。第二，造成了部分在機器人的世界坐標確定。這個姿勢，和動作與收購相關的部分，是檢查，以確保他們在機器人的工作信封。
2.4視覺系統(tǒng)
視覺系統(tǒng)的一個基本功能是確定靈活的組件構成部分喂養(yǎng)。姿態(tài)估計是使用內(nèi)置該AdeptVision軟件功能，而且必須要快夠不干預裝配周期時間。一對視覺系統(tǒng)的第二功能是登記托盤和模塊化的工作表到機器人的世界坐標系統(tǒng)，避免了調(diào)整的需要硬件。還有另一種可能是使用錯誤恢復，其中，該相機可以用來檢查臨界點在系統(tǒng)中，或在進程內(nèi)組件。
該視覺系統(tǒng)使用的標準數(shù)字CCD相機，裝配件或以上的靈活饋線或在機器人手臂。由于數(shù)字相機到AdeptVision系統(tǒng)的投入是有限的四個，一個低成本，自定義視頻多路復用器的開發(fā)，利用一單片式視頻切換器集成電路。這使得多達四臺攝像機被連接到每個視頻輸入法視頻硬件。
在與快速轉(zhuǎn)換保持理念，視覺程序設可重復使用，這是一個給定的常規(guī)，可用于定位幾個不同但相似的部分（即類似計為不對稱性，拓撲結(jié)構等）。這種方法有很多優(yōu)勢，包括盡量減少軟件的數(shù)量例程。此外，該軟件允許重復使用模塊化和“敏捷?！袄?，通過參數(shù)化特征例行搜查因為，它可以適用于部分有一個類似的個人資料但屬于不同的大小。這意味著，部分與在這些類似的幾何形狀零件庫，可添加到系統(tǒng)中，只需修改檢查程序調(diào)用這些低層次的，可重復使用的例程，
2.5引進的新零件
添加一個新的一部分，該系統(tǒng)涉及數(shù)明確任務。愿景例行這就決定了構成的一部分，開發(fā)，利用圖書館可重復使用的視覺例程。如果新的部分似乎沒有別的地方特色，在零件圖書館，新的程序可能需要添加到軟件庫。此外，如果部分沒有被設計為使用通用零部件饋線（例如它沒有穩(wěn)定的姿勢像，缸），可能需要的饋線變更或腰帶改變傾斜角度。引人入勝還必須旨在操縱新的一部分。為了盡量減少避免了專門的硬件和工具的變化大會，手爪設計應進行與其他部件的設計，同時為抓手聚集在一個給定的機器人。舉例來說，如果給定操作既需要一個一個小部件和組件是一個B在第一個機器人組裝，設計人員應手爪考慮到這一點
在一般情況下，最好是設計的部件和相關的硬件同時進行。這將使最大程度地重用的軟件，以最小的變化靈活的體制和喂養(yǎng)一個強有力的裝配設計序列，將加強無人操作。這方法稱為設計制造及Assembly7，或者干脆DFMA。
3 計算機硬件/控制器設計
目前的軟件已被完全開發(fā)在V8編程語言和操作系統(tǒng)，在嫻熟的MV控制器。對于大多數(shù)工業(yè)應用中，這將是編程環(huán)境足夠的，但它缺乏動力和靈活性需要支持快速的軟件開發(fā)和轉(zhuǎn)換。這主要是因為V+缺乏特色這是標準的其他語言和操作系統(tǒng)系統(tǒng)，如用戶定義函數(shù)，標準數(shù)據(jù)結(jié)構和shell腳本的執(zhí)行。To circumvent these limitations, a more廣泛的控制器接口的設計工作已發(fā)展。這將允許系統(tǒng)來支持C和的C ++，并提供一個更友好，更靈活的用戶接口。此外，它將允許實時使用操作系統(tǒng)，從而簡化軟件開發(fā)和提高性能。
圖4：系統(tǒng)架構
在這個設計中，系統(tǒng)的能力擴大了使用除第二VME總線VME總線控制器壓（圖4）。這第二個VME總線房子的I / O板和專用??單板計算機（SBC的），對其中一個實時操作系統(tǒng)執(zhí)行C和C++程序?qū)BC的運行的。負責所有高層次的控制和機器人運動（例如：輸送機控制，氣動操作，指定機器人目的地），而采用壓控制器專為低級別的機器人運動（如伺服控制和軌跡生成）和一些機視覺例程。在以后的實現(xiàn)，這是視覺處理板，也可以用在第二VME總線，從而充實了AdeptVision系統(tǒng)。兩個總線連接電纜或光纖連接。內(nèi)存所做的更改由一個反射內(nèi)存網(wǎng)絡。這包括兩個內(nèi)存卡，各有一個總線，它可以由連接的
一板會自動反映，另一方面，從而允許指令和數(shù)據(jù)傳送之間兩個buses9。巴塞爾公約秘書處的地點可以使機器人對反射內(nèi)存網(wǎng)絡的構想命令。這些都是宣讀了命令組服務器上運行MV的控制器。這些服務器執(zhí)行命令并在適用時，返回相同的結(jié)果通過網(wǎng)絡。
4 作業(yè)單元軟件
另一個軟件是一個靈活性的關鍵敏捷制造工作單元，但是，這種靈活性不來而精心設計。盡管軟件本質(zhì)上是比硬件更容易改變，結(jié)構一個軟件系統(tǒng)可以降低，經(jīng)過反復修改，導致可靠性差，并增加維修費用。在設計工作單元控制軟件方面，我們聘請軟件工程方法和工具支持的設計原則改變。特別是，我們最新的設計是面向?qū)ο螅∣O）的，也就是說，它是根據(jù)物體的識別該系統(tǒng)，這是這些實體有一個國家和一個行為。物理設備，抽象數(shù)據(jù)結(jié)構整個子系統(tǒng)建模為對象，提供，明確設定服務時，其執(zhí)行封裝和隱藏。強調(diào)面向?qū)ο筌浖O計減少了工作量需要引入進入新的工作單元產(chǎn)品通過可重用的代碼。
能夠迅速引入新產(chǎn)品工作單元是至關重要的一個靈活的系統(tǒng)。對象類型或類類構造，其中服務對應memberfunction的定義使用C + +電話。新的類派生自現(xiàn)有通過增加的服務或通過覆蓋實現(xiàn)現(xiàn)有服務。面向?qū)ο蟊阌诰S護，因為一個實施類是可以改變的，而不會影響客戶端代碼，使用類的服務，因為派生類可以可用于任何需要它的父類即可。除了滿足我們的要求特別是制造業(yè)中的應用，我們希望指定軟件設計的組件，可能證明有用敏捷制造各種應用。因此，我們試圖確定敏捷設計模式制造業(yè)。設計模式是一組溝通的對象或類，兩者代表一個可重復使用的設計元素，是適用的，經(jīng)過一番專業(yè)化，一systems10品種。到目前為止，我們已經(jīng)確定用于這種活動的設計模式整個系統(tǒng)的控制，系統(tǒng)之間的通信元器件，零部件和組件的規(guī)定，調(diào)度系統(tǒng)任務和錯誤處理。
4.1作業(yè)系統(tǒng)
該工作單元控制的最初版本軟件實施了與V+操作系統(tǒng)和編程語言提供了善于壓控制器。雖然為V +提供了足夠的設施許多機器人應用，我們確定一個更先進的操作系統(tǒng)和編程語言將更好地支持我們的軟件設計理念和敏捷制造的目標。一般來說，工作單元控制涉及的號碼管理實時限制并發(fā)任務。因此，一實時操作系統(tǒng)（RTOS）的足夠和任務調(diào)度，通信和可靠的設施同步是可取的。
4.2軟件體系結(jié)構
該工作單元控制軟件被設計成一個層次結(jié)構的服務器。在最高水平，工作單元控制器的服務請求人的經(jīng)營人包裝箱成品組件。在這樣做時，到托盤服務器沿著托盤輸送機馬刺之間。托盤服務器跟蹤運動每個托盤，但工作單元控制器負責知道托盤內(nèi)容。該工作單元控制器大會的服務器，這都與要求機器人，以填補部分或全部組件托盤。為了滿足這些要求，大會的服務器必須部分下屬與服務器進行通信以及與機器人和專用硬件。的部分反過來服務器必須與零件饋線和通信與視覺系統(tǒng)。一般來說，服務器的設計作為對整體工作單元一些假設如可能的結(jié)構，使他們不敏感該結(jié)構的變化。在適當情況下，服務器同時運行，例如，同時增加了一個機器人部分集會，該部分服務器嘗試設在機器人的未來預期另一部分
錯誤的處理，也是分層的。如果一臺服務器遇到一個錯誤，它首先試圖解決這個問題在當?shù)兀?，通過使更多的要求下屬服務器。如果失敗，服務器表明它的客戶端它無法提供所要求的服務?？蛻舳巳缓笤噲D解決這個錯誤條件。作為一個具體例如，考慮一個部分服務器無法找到一部分在其遠景窗口。它會一再提前給料機和拍照。如果沒有部分是內(nèi)發(fā)現(xiàn)一一定數(shù)量的重復，將報告的部分支線大會未能服務器。如果沒有多余饋線部分，它可以調(diào)用，服務器將在大會信號發(fā)生故障的工作單元控制器。在缺乏冗余服務器的組裝問題，釷控制器將問題通知，要求經(jīng)營者人為干預。魯棒，容錯軟件必要的無人值守，操作的工作單元。4.3作業(yè)單元模擬隨著軟件開發(fā)進展同時隨著硬件建設系統(tǒng)，可以明顯看出一個仿真硬件系統(tǒng)預計將是極為有益的。該決定是為了開始發(fā)展全面的仿真，將允許工作單元控制代碼被開發(fā)和測試，而不使用實際硬件。這允許控制軟件來編寫和調(diào)試沒有制止生產(chǎn)功能工作單元。它也非常有用，以顯示圖形硬件的響應（圖5）特別是研究各種工作單元布局。，
圖5：TELEGRIP模擬
輸送系統(tǒng)已完全模擬。詳細的仿真機器人和遠見系統(tǒng)正在開發(fā)中。仿真代碼模仿的工作單元的輸入和輸出，使為模擬透明地使用。換句話說，在代碼是用來模擬控制的工作單元是相同的代碼運行在同一處理器板用于控制物理設備。這是一個功能強大的工具軟件設計中不存在任何矛盾控制與仿真代碼和實際控制代碼。這消除了移動可能移植問題從模擬到實際控制平臺
5．結(jié)論
本研究成功驗證的關鍵問題對于一個敏捷制造工作單元的設計。柔性件饋線，機器視覺，模塊化硬件，廣泛的控制器接口，在線糾錯，圖形模擬和模塊化的軟件都一個廣泛實施的重要因素。在繼續(xù)工作，該系統(tǒng)正在擴大模塊化的程序，包括視覺，一個實時的使用操作系統(tǒng)，面向?qū)ο缶幊?，廣泛的錯誤檢測和恢復。產(chǎn)品設計制造和裝配也將發(fā)揮關鍵作用在促進攝食，裝配，并造成估計。
參考文獻
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致謝
這項工作得到了克利夫蘭先進制造項目（營地）通過中心自動化和智能系統(tǒng)研究（CAISR）和學校的工程案例
畢業(yè)設計（論文）外文翻譯
題目 4-DOF SCARA機器人結(jié)構設計與運動模擬
專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化
班 級 學 號 078105226
學 生 姓 名 饒新龍
指 導 教 師 許 瑛
填 表 日 期 2011 年 6 月 1 日
畢業(yè)設計（論文）任務書
I、畢業(yè)設計(論文)題目：
4-DOF SCARA機器人結(jié)構設計與運動模擬
II、畢 業(yè)設計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設計技術要求：
1. 以4-DOF SCARA 機器人為研究對象，按照下列技術要求，基于三維軟件完成
4-DOF SCARA 機器人的結(jié)構設計及運動模擬、
2、設計技術要求：
(1)? 抓重：≤1kg
(2)? 自由度：4
(3)? 運動參數(shù)：
大臂：±100。(回轉(zhuǎn)角度)，角速度≤1.8rad/s
小臂：±50。(回轉(zhuǎn)角度)，角速度≤1.8rad /s
手腕回轉(zhuǎn)：±100。(回轉(zhuǎn)角度)，角速度≤1.8rad。/s
手腕升降：100mm(升降距離)，線速度≤0.01m/s
III、畢 業(yè)設計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：
1）、收集資料、開題報告、外文翻譯（6000字符以上） 3.01-3.11
2）、總體方案設計 3.14-4.02
3）、零部件的結(jié)構設計 4.06-4.26
4）、計算與強度校核 4.27-5.10
5）、畢業(yè)論文整理及答辯準備 5.26-6.03
Ⅳ 、主 要參考資料：
【1】孫桓，陳作模主編.機械原理.第七版.北京：高等教育出版社，2006.12；
【2】馬香峰主編.工業(yè)機器人的操作機設計.冶金工業(yè)出版社，1966；
【3】宗光華 張慧慧譯.機器人設計與控制.科學出版社，2004；
【4】吳振彪等主編.工業(yè)機器人（第二版）華中科技大學出版社，2006；
【5】于靖軍等主編.機器人結(jié)構學的數(shù)學基礎.機械工業(yè)出版社，2008；
【6】鄭貞平，喻德主編.UG NX 5三維設計與NC加工.機械工業(yè)出版社，2008；
【7】Y.Fujimoto and A.Kawamura. Autonomous Control and 3D Dynamic Simulation
of Biped Walking Robot Including Enrironmental Force Interaction. IEEE Robotics
and Automation Magzine,1998, 5(2):33-42
機械設計制造及其自動化 專業(yè) 0781052 班
學生（簽名）：
填寫日期： 2011 年 3 月 1 日
指導教師（簽名）：
助理指導教師(并指出所負責的部分)：
系主任（簽名）：
附注:任務書應該附在已完成的畢業(yè)設計說明書首頁。
4-DOF SCARA 機器人結(jié)構設計與運動模擬
學生姓名：饒新龍 班級：0781052
指導老師：許瑛
摘要：工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。
本文設計了一個工業(yè)用SCARA機器人。SCARA機器人(全稱Selectively Compliance Articulated Robot Arm)很類似人的手臂的運動，它包含肩關節(jié)肘關節(jié)和腕關節(jié)來實現(xiàn)水平和垂直運動。它是一種工業(yè)機器人，具有四個自由度。其中，三個旋轉(zhuǎn)自由度，另外一個是移動自由度。它能實現(xiàn)平面運動，具有柔順性，全臂在垂直方向的剛度大，在水平方向的柔性大，廣泛用于裝配作業(yè)中。
本文用模塊化設計方法設計了SCARA機器人的機械結(jié)構。分析了SCARA機器人的運動學正解和逆解，建立了機器人末端位姿誤差計算模型并做了運動模擬。
關鍵字: SCARA 位姿誤差
指導老師簽名：
4-DOF SCARA robot design and motion simulation
Student name：RaoXinlong Class：0781052
Supervisor：XuYing
Abstract ：Industrial robot is the most typical mechatronic digital equipment, added value and high, wide range of applications, support for advanced manufacturing technology and information society, new industries, and social development of future production will increasingly play a The more important role.
This paper designs an industrial SCARA robot. SCARA robot (full name Selectively Compliance Articulated Robot Arm) is very similar to human arm movement, which includes the shoulder elbow and wrist joints to achieve horizontal and vertical movement. It is an industrial robot has four degrees of freedom. Among them, the three rotational degrees of freedom, the other is the DOF. It can achieve planar motion, with the flexibility, the whole arm in the vertical stiffness, flexibility in the horizontal direction of the large, widely used in assembly operations.
This method was designed with a modular design the mechanical structure of SCARA robot. Analysis of the SCARA robot inverse kinematics, and to establish the position and orientation of robot end of the model error.
Keywords: SCARA analysis
Signature of supervisor:
目錄
第一章緒論 1
1．1引言 1
1．2 國內(nèi)外機器人領域研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
1.3 SCARA機器人簡介 2
1.4平面關節(jié)型裝配機器人關鍵技術 4
1.4.1操作機的機構設計與傳動技術 4
1.4.2機器人計算機控制技術 4
1.4.3檢測傳感技術 5
1.5項目的主要研究內(nèi)容 6
1.5.1項目研究的主要內(nèi)容、技術方案及其意義 6
1.5.2擬解決的關鍵問題 7
第二章SCAAR機器人的機械結(jié)構設計 7
2.1 SCARA機器人的總體設計 7
2.1.1 SCARA機器人的技術參數(shù) 7
2.1.2 SCARA機器人外形尺寸與工作空間 7
2.1.3 SCARA機器人的總體傳動方案 8
2.2機器人關鍵零部件設計計算 10
2.2.1減速機的設計計算 10
2.2.2電機的設計計算 11
2.2.3同步齒型帶的設計計算 11
2.2.4滾珠絲杠副的設計計算 13
2.3大臂和小臂機械結(jié)構設計 14
2.4腕部機械結(jié)構設計 16
2.5小結(jié) 17
第三章SCARA機器人的位姿誤差建模 17
3.1基于機構精度通用算法的機器人位姿誤差建模 17
3.2機構精度通用算法 18
3.2.2通用機器人位姿誤差模型 20
3.2.2.1機構通用精度模型與機器人位姿誤差模型的聯(lián)系 20
3.2.2機器人位姿誤差模型的建立 20
3.3 小結(jié) 25
總結(jié) 26
參考文獻 27
致謝 28