SCARA机器人运动控制系统设计
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Байду номын сангаас江西理工大学
SCARA 机器人运动控制系统设计 机器人控制技术结课作业
许楠 6120160149 2017/6/19
目录
自述 ............................................................................................................................................................................................................... 3 摘要 ............................................................................................................................................................................................................... 4 1 引言 ................................................................................................................................................................................................ 5 2 系统分析及算法分析 .............................................................................................................................................................. 6 2.1 SCARA 机器人的结构分析 .......................................................................................................................................... 6 2.1.1 SCARA 机器人的总体结构 ................................................................................................................................ 6 2.1.2 SCARA 机器人各关节的装配结构.................................................................................................................. 7 2.1.3 SCARA 机器人腕部关节的运动....................................................................................................................... 8 2.2 SCARA 机器人的运动学分析 ...................................................................................................................................10 2.2.1 机器人位姿的数学描述 ...................................................................................................................................10 2.2.2 SCARA 机器人的 D-H 坐标变换 ...................................................................................................................13 2.2.3 SCARA 机器人的正运动学分析.....................................................................................................................16 2.2.4 SCARA 机器人的逆运动学分析 ....................................................................................................................16 2.3 SCARA 机器人动力学分析 ........................................................................................................................................18 2.3.1 动力学建模方法 .................................................................................................................................................18 2.3.2 Lagrange 函数 ......................................................................................................................................................18 2.3.3 机器人拉氏动力学方程 ...................................................................................................................................19 2.3.4 SCARA 机器人的动力学方程 .........................................................................................................................20 3 轨迹规划.....................................................................................................................................................................................25 3.1 SCARA 机器人轨迹规划的方法 ..............................................................................................................................25 3.2 SCARA 机器人轨迹规划的生成 ..............................................................................................................................27 4 控制策略.....................................................................................................................................................................................30 4.1 机器人控制系统的特点和要求 ...............................................................................................................................31 4.2 机器人控制的分类 .......................................................................................................................................................31 4.3 基于运动控制卡和步进单元的运动控制............................................................................................................31 5 系统总体设计 ...........................................................................................................................................................................33 5.1 机械传动方案 .................................................................................................................................................................33 5.2 机器人关键零部件设计 ..............................................................................................................................................33 5.3 大臂和小臂机械结构设计 .........................................................................................................................................33 5.4 腕部机械结构设计 .......................................................................................................................................................33 5.4.1 滚珠丝杠部分 ......................................................................................................................................................33 5.4.2 主轴部分 ................................................................................................................................................................34 5.4.3 其它设计 ................................................................................................................................................................34 6 硬件设计与选型 ......................................................................................................................................................................35 6.1 机器人关键零部件的选型 .........................................................................................................................................35 6.1.1 步进电机的计算和选择 ...................................................................................................................................35 6.1.2 同步带的选择计算.............................................................................................................................................36 6.1.3 滚珠丝杠的选型设计及计算 .........................................................................................................................38 6.2 运动控制系统的硬件...................................................................................................................................................41 6.2.1 运动控制卡选择 .................................................................................................................................................41 6.2.2 步进电机驱动器的选择...................................................................................................................................41 7 软件设计及系统集成 ............................................................................................................................................................43
SCARA 机器人运动控制系统设计 机器人控制技术结课作业
许楠 6120160149 2017/6/19
目录
自述 ............................................................................................................................................................................................................... 3 摘要 ............................................................................................................................................................................................................... 4 1 引言 ................................................................................................................................................................................................ 5 2 系统分析及算法分析 .............................................................................................................................................................. 6 2.1 SCARA 机器人的结构分析 .......................................................................................................................................... 6 2.1.1 SCARA 机器人的总体结构 ................................................................................................................................ 6 2.1.2 SCARA 机器人各关节的装配结构.................................................................................................................. 7 2.1.3 SCARA 机器人腕部关节的运动....................................................................................................................... 8 2.2 SCARA 机器人的运动学分析 ...................................................................................................................................10 2.2.1 机器人位姿的数学描述 ...................................................................................................................................10 2.2.2 SCARA 机器人的 D-H 坐标变换 ...................................................................................................................13 2.2.3 SCARA 机器人的正运动学分析.....................................................................................................................16 2.2.4 SCARA 机器人的逆运动学分析 ....................................................................................................................16 2.3 SCARA 机器人动力学分析 ........................................................................................................................................18 2.3.1 动力学建模方法 .................................................................................................................................................18 2.3.2 Lagrange 函数 ......................................................................................................................................................18 2.3.3 机器人拉氏动力学方程 ...................................................................................................................................19 2.3.4 SCARA 机器人的动力学方程 .........................................................................................................................20 3 轨迹规划.....................................................................................................................................................................................25 3.1 SCARA 机器人轨迹规划的方法 ..............................................................................................................................25 3.2 SCARA 机器人轨迹规划的生成 ..............................................................................................................................27 4 控制策略.....................................................................................................................................................................................30 4.1 机器人控制系统的特点和要求 ...............................................................................................................................31 4.2 机器人控制的分类 .......................................................................................................................................................31 4.3 基于运动控制卡和步进单元的运动控制............................................................................................................31 5 系统总体设计 ...........................................................................................................................................................................33 5.1 机械传动方案 .................................................................................................................................................................33 5.2 机器人关键零部件设计 ..............................................................................................................................................33 5.3 大臂和小臂机械结构设计 .........................................................................................................................................33 5.4 腕部机械结构设计 .......................................................................................................................................................33 5.4.1 滚珠丝杠部分 ......................................................................................................................................................33 5.4.2 主轴部分 ................................................................................................................................................................34 5.4.3 其它设计 ................................................................................................................................................................34 6 硬件设计与选型 ......................................................................................................................................................................35 6.1 机器人关键零部件的选型 .........................................................................................................................................35 6.1.1 步进电机的计算和选择 ...................................................................................................................................35 6.1.2 同步带的选择计算.............................................................................................................................................36 6.1.3 滚珠丝杠的选型设计及计算 .........................................................................................................................38 6.2 运动控制系统的硬件...................................................................................................................................................41 6.2.1 运动控制卡选择 .................................................................................................................................................41 6.2.2 步进电机驱动器的选择...................................................................................................................................41 7 软件设计及系统集成 ............................................................................................................................................................43