SCARA机器人的技术参数和运动学分析及其控制系统的设计

　　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。工业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。随蓑工业机器人的发展，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。一般来说，机器人系统可按功能分为下面四个部分…： 1）机械本体和执行机构：包括机身、传动机构、操作机构、框架、机械连接等内在的支持结构。 2）动力部分：包括电源、电动机等执行元件及其驱动电路。 3）检测传感装置：包括传感器及其相应的信号检测电路。 4）控制及信息处理装置： 由硬件、软件构成的机器人控制系统。 1．2国内外机器人领域研究现状及发展趋势国内外机器人领域发展近几年有如下几个趋势”。： （1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的lO．3万美元降至2005 年的5万美元。 （2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化：由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机：国外已有模块化装配机器人产品问市。 （3）工业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；器件集成度提高，控制柜日见小巧，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。 （4）机器人中的传感器作用F1益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 （5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 （6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 （7）机器人化机械丌始兴起。从1994年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装罱已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 1 3 SCARA机器人简介 SCARA机器人（如图l一1所示）很类似人的手臂的运动，它包含肩关节、肘关节和腕关节来实现水平和垂直运动，在平面内进行定位和定向，是一种固定式的工业机器人。它具有四个自由度，其中，三个是旋转自由度，一个是移动自由度。3个旋转关节，其轴线相互平行，手腕参考点的位置是由两个旋转关节的角位移纪和妒，，及移动关节的位移z来决定的。这类机器人结构轻便、响应快，例如Adeptl型SCARA机器人的运动速度可达lOm／s，比一般的关节式机器人快数倍。它能实现平面运动，全臂在垂直方向的刚度大，在水平方向的柔性大，具有柔顺性。