SCARA机器人运动控制原理(2)

[i=s] 本帖最后由 keer_zu 于 2025-3-24 17:17 编辑 [/i]<br /> <br />

1. 机械结构与自由度

SCARA机器人通常具有4个自由度：

• 水平平面运动：由两个旋转关节（J1、J2）实现，形成平面内的X-Y运动。
• 垂直方向运动：由直线关节（J3）或旋转关节实现Z轴升降。
• 末端旋转：通过第四个旋转关节（J4）调整末端姿态（如夹爪方向）。

特点：水平方向刚度高（适合高速运动），垂直方向具有一定柔顺性（适应装配中的力控制）。

2. 运动学建模

3. 伺服控制系统

SCARA采用闭环伺服控制，核心组件包括：

• 伺服电机：驱动各关节运动（旋转或直线电机）。
• 编码器：实时反馈位置/速度信号。
• 减速器（如谐波减速器）：提高扭矩和定位精度。
• 控制器：运行控制算法（如PID、前馈控制）。

控制流程：

1. 轨迹规划生成目标位置/速度。
2. 控制器计算各关节的目标角度。
3. 伺服驱动器驱动电机，编码器反馈实际位置。
4. 通过PID算法调整电机输出，消除跟踪误差。

3. 伺服控制系统

SCARA采用闭环伺服控制，核心组件包括：

• 伺服电机：驱动各关节运动（旋转或直线电机）。
• 编码器：实时反馈位置/速度信号。
• 减速器（如谐波减速器）：提高扭矩和定位精度。
• 控制器：运行控制算法（如PID、前馈控制）。

控制流程：

1. 轨迹规划生成目标位置/速度。
2. 控制器计算各关节的目标角度。
3. 伺服驱动器驱动电机，编码器反馈实际位置。
4. 通过PID算法调整电机输出，消除跟踪误差。

5. 动力学补偿

6. 柔顺控制（Force Compliance）

在装配或接触任务中，需控制末端力/力矩：

• 阻抗控制：调整机器人末端刚度，使其对外力产生可控变形。
• 力/位混合控制：在自由方向控制位置，约束方向控制力。

7. 误差补偿技术

• 背隙补偿：消除齿轮间隙导致的定位误差。
• 温度补偿：修正热变形引起的误差。
• 标定：通过激光跟踪仪等设备校准几何参数。

应用场景示例

1. 电路板装配：高速高精度插装元件。
2. 精密检测：配合视觉系统定位缺陷。
3. 3C产品组装：螺丝锁附、屏幕贴合。

总结

SCARA机器人的运动控制核心在于运动学解算、高精度伺服控制、平滑轨迹规划及动力学补偿，结合其结构特性实现高速、高精度的平面运动与垂直柔顺性。随着技术的发展，智能控制算法（如自适应控制、机器学习）进一步提升了其在复杂任务中的性能。