SCARA平面关节式装配机器人设计与简单编程*****学校: 大连民族学院学院：机电信息工程学院专业：机械设计制造及其自动化学号：**********摘要：机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。
本文所谈机器人主要指工业装配机器人，既具有操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的自动化生产设备。
本文重点介绍了SCARA装配机器人机械本体设计、原理流程图及简单的编程。
关键词:装配机器人设计；原理流程图；简单编程目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 装配机器人现状及发展趋势 (2)1.2.1装配机器人现状 (2)1.2.2装配机器人发展趋势 (3)第二章SCARA装配机器人机械本体设计 (4)2.1装配机器人系统总体设计 (4)2.1.1环保压缩机生产线装配机器人功能需求分析 (4)2.2 机械结构方案设计 (6)2.3 关节一（大臂）机械结构设计 (8)2.4 关节二（小臂）机械结构设计 (9)2.5 三四关节机械结构设计 (10)第三章原理流程图 (13)3.1 面向机器人装配设计与规划的集成框架 (13)第四章简单编程 (16)4.1 常用编程语言 (16)4.2 V AL-II语言 (16)4.2.1 V AL-II语言介绍 (16)4.2.2 V AL-II系统框图 (17)4.2.3 V AL-II系统框图说明 (17)4.3 V AL-II程序举例 (19)第五章结论与展望 (20)5.1全文总结 (20)5.2 后期展望 (21)第一章绪论1.1 引言机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术，其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。
本文所谈机器人主要指工业装配机器人，既具有操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的自动化生产设备。
目前机器人应用领域主要还是集中在汽车工业，它占现有机器人总数的28.9%。
其次是电器制造业，约占16.4%，而化工业则占11.7%。
此外，工业机器人在食品、制药、器械、航空航天及金属加工等方面也有较多应用。
随着工业机器人的发展，其应用领域开始从制造业扩展到非制造业，同时在原制造业中也在不断的深入渗透，向大、异、薄、软、窄、厚等难加工领域深化、扩展。
而新开辟的应用领域有木材家具、农林牧渔、建筑、桥梁、医药卫生、办公家用、教育科研及一些极限领域等非制造业。
现在工业机器人种类还是以焊接机器人、搬运机器人、喷漆机器人、涂胶机器人、装配机器人、切割机器人、检测机器人、清理机器人为主。
一般来说，机器人系统可按功能分为下面五个部分:a)机械本体:包括机身、框架、机械连接等内在的支持结构。
b)动力部分:包括电源、电动机等执行元件及其驱动电路。
c)检测传感装置:包括传感器及其相应的信号检测电路。
d)控制及信息处理装置:包括计算机及相应的硬件、软件构成的控制系统。
e)执行机构:包括机械传动和操作机构，一般采用机械、电、液等机构。
1.2 装配机器人现状及发展趋势机器人化装配近年来取得了极大的进展，根据十几个主要机器人使用国家的统计数据，用于装配作业的机器人在机器人种类中占34.5%，并且用于装配的机器人仍然以最快的速度增长。
机器人化装配己广泛应用于电子业、机械制造业、汽车工业等。
一般而言，通用工业机器人均可用于装配，但专门设计的装配机器人通常更具有效率，与通用工业机器人相比，装配机器人具有速度快、精度高、载荷大、柔顺性好、成本低等特点。
由于本文主要研究机器人系统精度建模，更侧重于模型的通用性，所以文中如无特别说明，所谈机器人均指通用机器人。
1.2.1装配机器人现状日本开发的SCARA平面关节式装配机器人是目前使用最广泛的装配机器人，它专门用于垂直安装作业，如在印刷电路中插元器件机器人，所以有四个关节:三个水平转动关节一个垂直滑动关节就足够了。
机器人能抓取元部件在水平方向定位，在垂直方向进行插入作业。
它的平面转动关节可以“放松”使插入元件时可以顺就孔位置作微小调整，具有柔顺性，因而称为在选择方向具有柔顺性的安装机器人。
但其只能纠正侧向误差，适合于“上下”安装装配任务，然而只要产品设计合理，这类任务占已存在的装配任务的80%。
SCARA装配机器人有较大的工作区域，使进料更容易，而直角坐标机器人则更精确、刚度更大，而且由于相对较小工作区域和行程，速度更快。
目前电子工业中有转向使用直角坐标机器人势头。
而要在空间任意方向装配至少需要六个自由度，随着任务不同，装配机器人可以有直角坐标，圆柱坐标或关节坐标等形式。
随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，装配机器人技术也得到飞速发展。
目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。
一些公司通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。
以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人性能;此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统;同时机械结构向模块化、可重构化发展，例如关节模块中伺服电机、减速器、检测系统三位一体化;由关节模块、连扫飞模块用重组方式构造机器人整机，国外己有模块化装配机器人产品问市。
随着控制技术的进步，装配机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;元器件集成度提高，控制柜日益小巧，且采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性;控制系统性能进一步提高，并且实现软件伺服和全数字控制;人机界面更加友好，基于图形操作的界面也已问世;编程方式仍以示教编程为主，但在某些领域，离线编程己实现实用化。
有些装配机器人应用激光，视觉、力觉等传感器，实现自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，提高机器人作业性能和对环境的适应能力。
另一方面由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统可靠性有了很大提高。
过去机器人系统可靠性MTBF一般为儿干小时，而现在己达到5万小时，几乎可以满足任何场合需求。
目前在装配机器人研制方面，我国基本掌握了设计制造技术，解决了控制、驱动系统设计和配置、软件设计和编制等关键技术，还掌握了自动化装配线江作站)及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术，在基础元器件方面，谐波减速器、运动控制器等也有了突破。
上海交通大学研制的“精密一号装配机器人”，是一台带有多传感器(两维视觉，六维力觉传感器)和多任务操作系统、可离线编程的高速、高精度、四轴SCARA平面关节式智能精密装配机器人。
在研制过程中解决了很多项关键技术，如六维力传感器系统、分体式码盘设计制造、大转角钢带传动设计与制造等等，达到九十年代国际先进水平。
随着我国加入WTO，市场竞争的加剧，生产发展迫切需要大量合适的装配机器人，因此，研究装配机器人己成为当前工业机器人研究的当务之急。
1.2.2装配机器人发展趋势由于机器人技术发展水平的不平衡性，各个国家对机器人发展趋势有不同理解。
但从技术先进性来看，在这一领域代表国际发展趋势的装配机器人研究方向主要有:直接驱动装配机器人:传统机器人都要通过一些减速装置来达到降速并提高输出力矩，这些传动链会增加系统功耗、惯量、误差等，并降低系统可靠性，为了减小关节惯性，实现高速、精密、大负载及高可靠性。
一种趋势是采用高扭矩低速电机直接驱动。
智能装配机器人:装配机器人的一个目标是实现工作自主，因此要利用知识规划，专家系统等人工智能研究领域成果，开发出智能型自主移动装配机器人，能在各种装配工作站工作。
并联机器人:传统机器人采用连杆和关节串联结构，而并联机器人具有非累积定位误差，执行机构的分布得到改善、结构紧凑、刚性提高、承载能力增加等优点，所以近些年来倍受重视。
协作装配机器人:随着装配机器人应用领域扩大，对装配机器人也提出一些新要求，如多机器人间、同一机器人双臂的协作，甚至人与机器人协作，这对于重型或精密装配任务非常重要。
第二章SCARA装配机器人机械本体设计2.1装配机器人系统总体设计2.1.1环保压缩机生产线装配机器人功能需求分析本项目是为江苏省连云港市德兰环保压缩机有限公司压缩机生产线研究开发的装配机器人及其应用系统，主要是为了满足环保压缩机生产线中“无接触生产”工艺要求，从而保证产品质量。
根据生产线布局对机器人操作机要求，从运动空间来看，要求能够完成一个圆盘上八个轴类零件两工位搬运运动，并在其中一个工位的垂直方向完成一个轴孔装配作业。
按照该生产线布局，要求装配机器人完成水平面内搬运运动，这包括X丫平面运动，以及Z向上下运动。
为了完成装配作业，还要求手腕具有一定柔顺性。
这样一来如果全部运动都设计成由装配机器人本体来完成，那么必然增加机器人本体复杂性，并会影响机器人位姿精度。
而参阅国内外装配机器人(本体)，也没见到有这种类型的平面关节式装配机器人。
另一方面，这种机器人通用性差，成本也高。
鉴于上述原因，同时考虑装配机器人应具有良好的通用性，以保证这个课题完后，所提供机器人技术，具有较好的产业化、商品化前景。
所以，在设计中，我们把装配机器人设计成5CARA 平面关节式装配机器人，具有四个自由度:两个完成水平面内回转运动，一个完成Z轴上下运动，另一个完成绕Z轴旋转运动。
另外再设计几个与装配机器人腕部配合使用的柔性手腕，使此装配机器人即能完成环保压缩机生产线装配要求，又具有较好的通用性，良好的性价比。
具休设计要求及技术指标如表2.1.1与表2.1.2。
2.1.2 SCARA装配机器人外形尺寸与工作空间机器人具体外形尺寸及工作空间见图2.1.1与图2.1.2。
2.2 机械结构方案设计机械本体是装配机器人关键部分，要求机械本体能实现高速、高精度运动。
为了跟踪国外发展水平，更好地掌握关键技术，在机械本体研制中，参考国内外机器人结构，并根据我国具体技术情况，决定采用如下结构，这对掌握技术，跟踪国际水平，缩短研制周期而言，具有很多有利之处。
机器人大小臂均要承受轴向压力及倾倒力矩，所以大臂及小臂均采用BV减速器加推力向，自交叉短圆柱滚子轴承结构。
RV减速器是近几年发展起来了以两级减速和中心圆盘支撑装置为主的全封闭式摆线针轮减速器，与其它减速方式相比，RV减速器具有减速比大、同轴线传动、传动精度高、刚度大、结构紧凑等优点。