双SCARA机器人运动学及奇异性分析.pdf

双SCARA机器人运动学及奇异性分析

Kinematicsandsingularityanalysisofanoveldoublescararobot

122

申浩宇刘艳梨吴洪涛

，，

122

SHENHao-yu,LIUYan-li,WUHong-tao

1.陕西国防工业职业技术学院机电工程学院西安7103002.南京航空航天大学机电学院南京210016

（，；，）

摘要：提出了一种可用于微小零部件装配作业的新的双SCARA并联机器人，该机器人有三个自由

度：两个平动和一个转动。建立了双SCARA并联机器人的运动学正解模型，推导出了可用于

奇异位形判别的机构雅可比矩阵。在给定几何参数的前提下，根据机器人雅可比矩阵的行列

式数值是否为零对该平面并联机器人进行了奇异性分析，在Mathematica9.0中编制了奇异性

分析程序，利用关节变量得到了反映机器人奇异位形的奇异性曲面。研究为该并联机器人的

轨迹规划，机构优化以及工作空间优化提供了技术基础。

关键词：并联机构；奇异性分析；正向运动学；五杆机构

中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1009-0134(2018)10-0048-04

0引言本文在平面五杆机构的基础上，提出了一种新型

当前，机器人技术在很多领域都得到了广泛的应的双SCARA机器人。针对该机器人，进行了运动学求

用。其中，并联机器人系统具备着特有的高精度，高刚解，得到了正向运动学的解析解,进一步获得了关节速

度，高承载力，自重负荷小等多方面优点，自问世以度向量和末端速度向量之间的两个雅可比矩阵。然后,

来，就引起了极大的关注。近些年，有关并联机器人的在给定几何参数的前提下，根据机器人雅可比矩阵的行

[1～3]

研究热潮更是被不断地掀起。列式对该平面并联机器人进行了奇异性分析，利用关节

伴随着研究的深入，并联机器人的构型越来越多。变量得到了反映机器人奇异位形的奇异性曲面。

在种种并联机器人的构型中，平面五杆机构的机械结构

1双SCARA机器人结构

相对简单，并且运动学分析难度较低。在一些特定的

工业场合，例如涉及到大量微小零部件的装配作业，平双SCARA机器人的结构如图1所示，由4个连杆及

面五杆机构便于控制，重复定位能力高，成本低等方面其支架，三个电机及末端手爪组成，连杆之间，连杆与

[4～8]支架之间均为旋转副连接。该机器人有三个自由度，

的优势能够被更为明显的体现出来。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[9～11]。例如，由三菱电机公司开发的

RP-AH系列“双SCARA”机器人已经实现了产业化和

商业化，由加拿大ETS学院开发的DexTAR机器人也非

[12,13]

常适用于装配金属球等小零件的作业。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。

并