双SCARA机器人的工作空间分析

| Techniques of Automation & Applications

双SCARA 机器人的工作空间分析

申浩宇1,刘艳梨2,吴洪涛2

(1.陕西国防工业职业技术学院机电工程学院, 陕西西安 710300;

2.南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016)

摘要:提出了一种可用于微小零部件装配作业的新的双S C A R A 并联机器人。该机器人有三个自由度:两个平动和一个转动。

进行了运动学分析,建立了双SCARA 并联机器人的运动学正解方程。基于蒙特卡洛法,在Mathematica9.0软件中编制了工作空间生成程序,进行双SCARA 机器人工作空间的分析与仿真,得出机器人工作空间的云图。通过分析结果验证了所提出机器人机构的合理性,研究为该并联机器人的轨迹规划和机构优化提供了技术基础。

关键词:并联机构;工作空间;正向运动学;蒙特卡洛法

中图分类号:TP242 文献标识码:A 文章编号:1003-7241(2018)10-0068-04

Workspace Analysis of Double Scara Robot

SHEN Hao-yu 1, LIU Yan-li 2, WU Hong-tao 2

( 1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Shaanxi Institute of Technology, Xi’an 710300 China;2. College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016 China )

Abstract: This paper presents a novel double scara robot which used in industrial automation for assembling and sorting small

components. It has 3 degrees of freedom: translational motion along two orthogonal axes (x, y) and rotational motion around the z-axis. Its kinematics are analyzed and the forword kinematics equations of the parallel mechanism are modeled. Based on the Monte-Carlo method, the workspace is analyzed, and workspace point cloud of the double scara robot is got by Mathematica 9.0 programming. The analysis results prove the rationality of the robot structure. The analysis lays a foundation to further study the trajectory planning and mechanism optimization.

Key words: parallel robot; workspace; forward kinematics; Monte-Carlo method

*基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号51375230);陕西国防工业职业技术学院基金项目(编号Gfy17-25)收稿日期:2018-05-07

1 引言

并联机器人系统具备着特有的高精度,高刚度,高承载力,自重负荷小等多方面优点,自问世以来,就引起了极大的关注。但是,与同等尺寸的串联机器人相比,并联机器人也存在着工作空间较小等缺点。因此,在并联机器人的设计中,工作空间的分析是一个重要的问题 [1-3]。

伴随着并联机构研究的不断深入,并联机器人的构型也越来越多。在种种并联机器人的构型中,平面五杆机构是机械结构最简单的并联机构之一,其运动学分析的难度也相对较低。在很多特定的工业场合,例如涉及

到大量微小零部件的装配作业,通过使用平面五杆机构进行操作,可以将并联机构便于控制,重复定位能力高,成本低等方面的优势能更为明显的体现出来[4-7]。因此,以平面五杆机构为基本构型的并联机器人的研究受到了越来越多研究人员的关注[8-10]。例如,由三菱电机公司开发的RP-AH 系列“双SCARA”机器人已实现了产业化和商业化,由加拿大ETS 学院开发的DexTAR 机器人也非常适用于装配金属球等小零件的操作[11-12]。伴随着技术的不断完善和发展,该平面并联机器人技术必然会被更为广泛地应用在工业自动化生产领域中。

工作空间是衡量并联机构性能的一个重要的指标,尤其在并联机器人的构型设计中占有非常重要的地位。目前,机械臂工作空间的求解方法主要有图解法,解析法和数值法。其中,从数值法衍生发展出来的蒙特卡洛

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