SCARA机器人机械结构参数计算说明 下

下面将对SCARA机器人抓手的夹紧力进行计算分析。设抓手的抓握力为P,前文提到机器人所抓取物体的上限质量为1kg，现假定摩擦系数u为0.25，则由重量W≤P·u可以得到1 ≤P·0.25，所以有P≥4N。而对于实际的夹紧力，还需要考虑安全系数、工作情况系数以及驱动效率等因素，因此，根据，其中K1为安全系数，通常的数值为1.2到2.0之间:K2为工作情况系数，主要考虑的是惯性力的影响，可近似按式K2=1 +b/a来计算其数值，其中，其意义是重力方向上的最大上升加速度，Vmax则是SCARA机器人运送物体时的最大速度，t响为系统从静止达到最大速度的响应时间，其数值一般选取在0.03s到0.5s之间。设F为驱动力，则,其中，为螺纹倾斜角，P为摩擦角。如果转动螺旋的转矩为T，那么转矩T与拧紧力P的关系为。对于SCARA机器人手爪驱动电机的选择，假定前端手指的质量为0.2kg螺纹的导程Ph=1mm,当机器人空载时，工作台折算到电机轴上的转动惯量数值为:

在最大的工作载荷下，工作台折算到电机轴上的转动惯量数值为:

当机器人快速空载启动时，电动机转轴所承受的负载转矩Teq1为:

3.21式中，Tmax表示机器人在快速空载启动时，折算到电动机转轴上的最大加速转矩，而Tf则表示移动部件在运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩:

在最大的工作负载状态下，电动机转轴所承受的负载转矩Teq2:

3.23式中，Tt代表折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩:

由上面两式的结果可知，最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩Teq2的数值为，从而可以得到Teg:

步进电机的最大静转矩为:

通过查询手册可知，可以选用北京飞凌东泰电子技术有限公司生产的FL57BYG41圆形步进电机，其中Tjmax=0.6N·m，能够满足SCARA机器人的设计要求。FL57BYG41圆形步进电机的主要规格参数如表3.5所示。

强度校核

我们需要关注SCARA机器人工作过程中的强度，以确保安全运行。本节对SCARA机器人进行简单的强度校核，确保其在规定的工作量程内，可以正常工作，不会出现强度失效的问题。如图2.1所示的SCARA机器人的参数如下:第一关节长度为200mm，第二关节长度为175mm，电机1质量为2.6kg，电机2质量为1.6kg，电机3质量为1.25kg,电机4的质量为0.34kg，电机5的质量为0.54kg，第二关节质量≤6kg，第三关节和第四关节总质量≤3kg。由结构不难发现，只要大臂不发生强度失效，整个系统就会安全。现对SCARA机器人的大臂做一个简单校核。大臂采用的材料是铝合金，取铝合金的密度为2.8g/cm2。通过估算可得大臂所承受的质量约为18kg，加上被抓取物体的最大重量1kg以及其他机械零件的重量，为安全起见，取大臂最终承受的重量为25kg。而重心距离支撑底座约为205mm，因此，大臂所承受的弯矩M为:

大臂的抗弯截面系数W:

对大臂进行弯曲应力校核:

查阅资料可知，铝合金的抗拉强度最小在200MPa左右，因此，大臂符合强度校核的标准。同理，对机器人的其他部件进行类似的校核，也可以发现均符合标准，故所优化设计的SCARA机器人强度符合要求。