SCARA工业机器人设计计算说明指导书.docx

Harbin Institute of Technology
综合课程设计Ⅱ汇报

题目：SCARA工业机器人设计
院系： 机电工程学院
班级： *******
姓名： ****
学号： ***********
指导老师： ***

哈尔滨工业大学
10月26日

目录
第1章 SCARA机器人简介 1
第2章SCARA机器人的总体设计 2
2.1 SCARA机器人的驱动方式 2
2.1.1液压驱动 2
2.1.2气压驱动 2
2.1.3电力驱动 3
2.2 SCARA机器人驱动方式的确定 4
2.3 SCARA机器人的减速器选择 5
2.4 SCARA机器人传动机构的对比与分析 5
2.5 SCARA机器人机构杆件参数初定 6
2.6 SCARA机器人运动空间计算 7
2.7 SCARA机械臂材料初定 9
第3章 SCARA机器人关节元件设计计算 10
3.1 滚珠丝杆滚珠花键的计算及选型 10
3.1.1 计算滚珠丝杆花键的负载 10
3.1.2 计算滚珠丝杠花键的转速 11
3.1.3 螺母的选择 11
3.1.4 计算滚珠丝杠花键的最大动载荷 11
3.1.5 刚度的验算 12
3.1.6 计算传动效率 12
3.1.7滚珠丝杠花键选择 13
3.1.8 滚珠丝杠花键驱动电机的选择与计算 13
3.2 3轴同步齿形带的设计与选型 14
3.2.1 确定同步齿形带的计算功率 14
3.2.2 选定带型和节距 15
3.2.3 大小带轮齿数及节圆半径。 15
3.2.4 同步带带速计算 17
3.2.5 初选中心距 17
3.2.6 带长及齿数确定 17
3.2.7 基本额定功率 18
3.2.8 带宽计算 18
3.2.9 作用于轴上的力计算 19
3.3 4轴同步齿形带的设计与选型 19
3.3.1 确定同步齿形带的计算功率 19
3.3.2 选定带型和节距 20
3.3.3 大小带轮齿数及节圆半径。 20
3.3.4 同步带带速计算 20
3.3.5 带长及齿数确定 21
3.3.6 基本额定功率 21
3.3.7 带宽计算 21
3.3.8 作用于轴上的力计算 22
第4章 1轴和2轴电机及减速器的选择与计算 23
4.1 小臂驱动电机（2轴）及减速器的计算与选择 23
4.2 大臂驱动电机（1轴）及减速器的计算与选择 24
第5章 刚度校核 26
5.1大臂的刚度校核 26
5.2小臂的刚度校核 27
附录1滚珠丝杠花键 28
附录2安川伺服电机 30
附录3谐波减速器 41
参考文献 46

第1章 SCARA机器人介绍
（老师评价：设计很笨。
嘤嘤嘤。。。。。。）

SCARA机器人，又称选择顺应性装配机器手臂，是一个圆柱坐标型特殊类型工业机器人。
SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面运动。手腕参考点位置是由两旋转关节角位移φ1和φ2，及移动关节位移z决定，即p=f(φ1,φ2,z)，图所表示。这类机器人结构轻便、响应快，比如Adept1·用于平面定位，垂直方向进行装配作业。1978年，日本山梨大学牧野洋发明SCARA，该机器人含有四个轴和四个运动自由度，(包含沿X,Y,Z方向平移和绕Z轴旋转自由度)。
SCARA系统在x,y方向上含有顺从性，而在Z轴方向含有良好刚度，此特征尤其适合于装配工作，比如将一个圆头针插入一个圆孔，故SCARA系统首先大量用于装配印刷电路板和电子零部件；SCARA另一个特点是其串接两杆结构，类似人手臂，能够伸进有限空间中作业然后收回，适合于搬动和取放物件，如集成电路板等。
现在SCARA机器人还广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它关键职能是搬取零件和装配工作。它第一个轴和第二个轴含有转动特征，第三和第四个轴能够依据工作需要不一样，制造成对应多个不一样形态，而且一个含有转动、另一个含有线性移动特征。因为其含有特定形状，决定了其工作范围类似于一个扇形区域。
SCARA机器人能够被制造成多种大小，最常见工作半径在100毫米至1000毫米之间，这类SCARA机器人净载重量在1千克至200千克之间。
第2章SCARA机器人总体设计
SCARA机器人之所以能够在平面内灵活定位，依靠是三个轴线相互平行
旋转关节。同理，之所以能够在垂直方向上定位是因为拥有一个移动自由度。SCARA机器人1个移动自由度和3个旋转自由度使其能满足要求情况下完成一系列复杂运动。
2.1 SCARA机器人驱动方法
SCARA机器人驱动方法可分为液压，气动和电动三种基础类型。
2.1.1液压驱动
液压传动机械手有很大抓取能力，抓取力可高达上百千克，液压力可达7MPa，液压传动平稳，动作灵敏，但对密封性要求高，不宜在高或低温现场工作，需配置一套液压系统。
液压驱动有以下特点：
（1） 输出功率大；
（2） 控制精度较高，可无极调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制；
（3） 结构合适，实施机构可标准化，模拟化，易实现直接驱动；
（4） 液压系统可实现自我润滑，过载保护方便，使用寿命慈航；
（5） 适适用于低速，重载传动。
2.1.2气压驱动
气压传动机械手结构简单，动作快速，价格低廉，因为空气可压缩，所以工作速度稳定性差，气压通常为0.7MPa，所以抓取力小，只有几十到几百牛。
气压驱动含有以下特点：
（1） 输出功率大；
（2） 气体压缩性能大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速高精度连续轨迹控制；
（3） 结构合适，实施机构可标准化，模拟化，易实现直接驱动；
（4） 适适用于中小负载驱动，精度要求较低有限点位程序控制机器人。
2.1.3电力驱动
电力驱动是现在在工业机器手中用最多一个。早期多采取步进电机驱动，以后发展了直流伺服电机，现在交流伺服电机驱动也开始广泛使用。上述驱动单元有直接驱动机构运动，有经过谐波减速 器装置来减速，结构简单紧凑。
电动驱动控制精度高，功率较大，能正确定位，反应灵敏，可实现高速、 高精度连续轨迹控制，伺服特征好，控制系统复杂。适适用于中小负载、要求具 有较高位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高机械手，如AC伺服喷涂机 械手、点焊机械手、弧焊机械手、装配机械手等。
电力驱动可分为一般交流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动和步进电动 机驱动。
多种电机驱动特点：
(1) 一般交、直流电动机驱动需加减速装置，输出力矩大，但控制性能差， 惯性大，适适用于中型或重型机械手。
(2) 直流伺服电动机：直流伺服电动机含有良好开启、制动和调速特征， 可很方便地在较宽范围内实现平滑无级调速，动态响应特征和稳定性好，可适 应频繁开启、反向、制动等工作情况。直流伺服电动机按励磁方法不一样，有永磁 式和电磁式之分；按转速高低及转子转动惯量大小，有高速、小惯量（小惯量 直流伺服电动机有多个：无槽电枢直流伺服电动机，绕组铁芯细长，故转动惯量 小，其功率较大；空心杯转子直流伺服电动机，转动惯量很小，灵敏度更高，功 率较小；印制绕组直流伺服电动机，可承受频繁起动、换向，切率中等。这类 电动机转子转动惯量小，电感小，故换向性能好，动态响应快，快速性能好， 低速无爬行）和低速、大惯量（大惯量直流伺服电动机有永磁式和电磁式两种， 其中永磁式用得较多，它低速性能好，输出转矩大，调速范围宽，转子惯量大， 受负载影响小，故可和丝杠直接连接，承受过载、重载能力强）之分。
(3) 交流伺服电动机：交流伺服电动机几乎含有直流伺服电动机全部优 点，且结构简单，制造、维护简单，含有调速范围宽、稳速精度高，动态响应特 性愈加好等技术特点，可达成更大功率和更高转速。伴随计算机控制技术、电 子技术发展，交流伺服电动机已广泛替换直流伺服电动机。
(4) 步进电动机：步进电动机是由电脉冲信号控制，它可将电脉冲信号 转换成对应角位移或直线位移，有回转式和直线式两种。步进电动机结构简单、 控制简便、价格较低，但易失步，含有转子惯量低、反应灵敏、能提供较大低速转矩、无漂移、无积累定位误差等优良性能，其控制线路简单，不需反馈编码 器和对应电子线路。步进电动机输出转角和输入脉冲个数成严格正比关系，转 子速度关键取决于脉冲频率，故控制简便。步进电动机系统关键由步进控制器、 功率放大器及步进电动机组成。纯硬件步进电动机控制器由脉冲发生器、环形 分配器、控制逻辑等组成，它作用就是把脉冲串分配给步进电动机各个绕组， 使步进电动机按既定方向和速度旋转。若采取微机技术，用软件和硬件相结合， 则控制器不仅可在硬件上简化线路，降低成本，而且又提升可靠性。
2.2 SCARA机器人驱动方法确实定
对于SCARA机器人驱动装置通常要求：
(1) 驱动装置质量要尽可能轻，不过单位质量输出功率（功率/质量m比）要高，效率也要高；
(2) 反应速度需要快些，也就是力/质量和力矩/转动惯量比直要大些；
(3) 动作要平滑，不产生冲击；
(4) 控制应要尽可能灵活，位移和速度偏差要小些；
(5) 驱动装置要安全可靠；
(6) 驱动装置要操作方便和它维护也很方便；
(7) 它对环境无污染或污染极少，噪音也要小；
(8) 经济要廉价些，最关键是要尽可能降低它占地面积。
综合考虑所设计SCARA机器人参数和所需要完成工作条件，所以此次设计关节全部选择交流伺服电机驱动系统。
2.3 SCARA机器人减速器选择
现在，在机器人传动系统中最常使用有RV减速器友好波减速器，依据设计要求选择了斯诺伐克Spinea谐波减速器。
减速器类型和特点：
谐波减速器RV减速器：该减速器含有较大传动比和较大承载能力，而且它传动精度也比较高，传动中比较平稳，传动效率比较理想，它结构简单、体积比较小质量又轻，它制造成本价格要比RV减速器制造成本价格要低很多。
RV减速器：该减速器通常应用于负载比较大，速度和精度要求比较高场所等特点。

2.4 SCARA机器人传动机构对比和分析
SCARA工业机械手传动系统要求结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小， 要求消除传动间隙，提升其运动和位置精度。工业机械手传动装置除齿轮传动， 蜗杆传动，链传动和行星齿轮传动外，还常见滚珠丝杠、谐波齿轮、钢带、同时 齿形带和绳轮传动，以下就是工业机械手常见传动方法及其特点：
(1) 滚珠丝杠：传动效率高，达0.9-0.98,有利于主机小型化和减轻劳动 强度；摩擦力矩小，接触钢度高，使温升及热变形减小，有利于改善主机动态 特征和提升工作精度；工作寿命长，传动无间隙，无爬行传动精度高，含有很好 高速性能；抗冲击振动性能差，承受径向载荷能力差。
(2) 同时带：靠齿啮合传动，传动比正确，传动效率高，初张紧力最小， 瞬间速度均匀，单位质量传输功率最大；和链和齿轮传动相比，噪声小，不需 润滑，传动比、线速度范围大，传输功率大；耐冲击振动很好，维修简便、经济。 广泛应用于多种机械传动。
(3) 谐波齿轮传动：传动比大、范围宽；元件少，体积小，重量轻；同时 啮合齿数多，承载能力高；且误差能相互赔偿，故运动精度高。可采取调整波 发生器达成无侧隙啮合；运转平稳、噪音低，传动效率也比较高，且传动比大时， 效率并不显著下降，但关键零件一柔轮制造工艺比较复杂。
(4) 蜗杆传动：传动比大，工作平稳，噪声较小，结构紧凑，在一定条件 下有自锁性，效率低。
依据设计任务书要求，对SCARA机器人各个关节传动方法进行合理选择，为后续关节电机型号选择和具体计算校核提供基础。各关节传动 方案决定了整体机器人结构，是SCARA机器人能否传输运动、正确定位一大参考值，所以在传动方案选择中，查询《中国经典工业机器人图册》机器 人传动经典传动方案，现给出传动方案以下：
第一二关节自由度均选择交流伺服电机传动，不仅确保了传动精度，而且在效率和振动方面，也有良好提升，另外，模块化产品也市场化，所以易购置，而且安装也较为方便；
第三关节和第四关节选择滚珠丝杆滚珠花键和同时带传动，在结构紧凑基础上，确保了设计任务书中对三，四关节速度及运动范围要求。
最终传动方案如表2-1所表示：
关节
传动方案
大臂回转
伺服电机1à谐波减速器à大臂
小臂回转
伺服电机2à谐波减速器à小臂
Z轴方向直线运动
伺服电机3à同时齿形带à丝杆螺母à主轴
Z轴回转运动
伺服电机4à同时齿形带à花键à主轴
表2-1 传动方案
2.5 SCARA机器人机构杆件参数初定
因为scara是相对成熟工业级产品，所以可参考具体实机进行参数初定。这里选择ABB企业3千克级臂展550mmSCARA机器人作为参考，其外形图图2-1所表示。

图2-1 IRB 910SC - 3/0.55 外形图
任务书要求最大展开半径要求为560mm，初定大臂325mm，小臂235mm。
2.6 SCARA机器人运动空间计算
利用Matlab结合DH法计算SCARA机器人运动空间，计算程序以下所表示。运动空间图2-2所表示。

%前置法计算scara运动空间
L1=325;%大臂长度
L2=235;%小臂长度
a=[];%空矩阵保留解点坐标
theta1_max=130;%关节1最大运动范围
theta2_max=125;%关节2最大运动范围
theta3_max=180;%关节3最大运动范围
d1=0; d2=0; d3=0;%建立DH坐标参数 参数取决于机器人关节结构暂取0 不会影响最终成图形状
d4_max=80;%关节4最大运动范围
deg2rad=pi/180;
N=10;%设置循环次数 嵌套循环运算量大 求解费时
r=10; %设实施器距关节四在x方向上偏移量为r
A=[r;0;0;1];%实施器坐标原点在第四关节坐标中表示
%机器人学中算法
for i=-N:N
theta1=i*theta1_max*deg2rad/N;
A01=[cos(theta1) -sin(theta1) 0 0
sin(theta1) cos(theta1) 0 0
0 0 1 d1
0 0 0 1
];
for j=-N:N
theta2=j*theta2_max*deg2rad/N;
A12=[cos(theta2) -sin(theta2) 0 L1
sin(theta2) cos(theta2) 0 0
0 0 1 d2
0 0 0 1
];
for k=-N:N
theta3=k*theta3_max*deg2rad/N;
A23=[cos(theta3) -sin(theta3) 0 L2
sin(theta3) cos(theta3) 0 0
0 0 1 d3
0 0 0 1];
for p=0:N
d4=p*d4_max/N;
A34=[1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 d4
0 0 0 1];
T04=A01*A12*A23*A34;
a=[a T04*A];
end
end
end
end
scatter3(a(1,:),a(2,:),a(3,:));%绘三维散点图
axis equal;

图2-2 SCARA机器人运动空间
2.7 SCARA机械臂材料初定
机械臂材料要依据工作情况来选择，SCARA机械臂含有体积小，重量轻特点，对于实现运动机械臂来说，在满足轻度和刚度条件下，零部件越轻越好。
通常情况下，能够从以下大类材料中选择:
（1）合金钢
（2）经过热处理优质钢
（3）轻型合金，如铝合金
综上，此次设计确定大臂、小臂材料为铝合金1060。
第3章 SCARA机器人关节元件设计计算
经查询市场上现有SCARA机器人各项参数，关键是负载和本体质量对比，发觉任务书所提负载所对应本体质量余量很大，所以此次设计根据从末端开始设计思绪来进行设计。
3.1 滚珠丝杆滚珠花键计算及选型
相比于传统结构设计，新一代SCARA机器人使用了滚珠丝杆花键由丝杆螺母、花键螺母、丝杆三部分组成。因为丝杆中钢球在螺母和丝杆之间往返滑动，确保了其传动高效性，和过去滑动丝杆相比，其驱动扭矩仅占传统丝杆三分之一
3.1.1 计算滚珠丝杆花键负载
因为 3轴是竖直安装，滚珠丝杆负载力关键包含手腕和负载本身重力和加速运动时产生惯性力。如前所述，设手腕质量为4.5kg，负载质量为1.5kg ，第3轴运动直线加速度最大设为a=25m/s，则机器人手腕加速度时产生惯性力为

手腕重力为

联立式子可得丝杠轴所受最大负载力为

3.1.2 计算滚珠丝杠花键转速
设计要求3轴直线运动速度500mm/s ，取丝杠导程为20mm ，则丝杠转速由

计算得出

3.1.3 螺母选择
依据滚珠丝杆中钢球循环方法不一样，丝杆螺母分为:弯管式、循环器式、端盖式，这里选择弯管式，它经过弯管让钢球进行循环，钢球经过丝杆轴沟槽滑 入弯管，接着滚进沟槽中，循环往复。
3.1.4 计算滚珠丝杠花键最大动载荷
依据负载力大小，可由下列式子计算出滚珠丝杆最大动载荷：

式中：
为滚珠丝杆寿命，且，其中，T为使用寿命一般机械 取，设计任务书要求年限寿命为3年，按十二个月365天， 天天3班制，计算得26280h；
n为丝杆转速1500(r/min) ；
为载荷系数。参考表，这里取=1。 为硬度系数。当丝杆硬度>58HRC 时，取=1.0；当丝杆硬度>55 HRC 时，取=1.11；当丝杆硬 度> 50HRC时，取=1.56；当丝杆硬度>45HRC 时，取=2.4；
Fm为滚珠丝杆最大工作载荷(N)。
运动状态

平稳或轻度冲击
1.0—1.2
中等冲击
1.2—1.5
较大冲击或振动
1.5—2.5
代入公式计算

3.1.5 刚度验算
因为滚珠丝杠花键部和滚珠丝杠部间距很小，且滚珠丝杠长度受行程限制长度不会太长，且没有两轴端压力产生，不会有失稳可能性，所以刚度不验算。
3.1.6 计算传动效率
滚珠丝杆传动效率通常在 0.8~0.9，可计算得出:

式中：为丝杠螺旋升角，，为导程，为滚珠丝杠轴外径。为摩擦角，通常取10°。由此能够计算出滚珠丝杠花键传动效率。

传动效率较高。

3.1.7滚珠丝杠花键选择
综上，选择THK企业BNS-A型滚珠丝杠花键。具体数据由附录1给出。
3.1.8 滚珠丝杠花键驱动电机选择和计算
因为负载力不大，动丝杆进行直线运动。所以 3 轴和 4 轴能够不采取减速器，采取同时带传动同时利用其减速，减速比均为2。
依据功率相等标准，有以下式子：

式中： ——轴向力；
——电机力矩；
——直线运动速度；
——电机转速；
——丝杠传动效率；

又由式子：

最终推导以下公式：

代入公式计算
（3轴）
（4轴）
考虑到同时带传动效率，安全系数为2，则电机最小转矩
（3轴）
（4轴）
所需功率为
P=230W（3轴）
P=0.524W（4轴）
3轴选择安川SGM7J系列，为了保持丝杠断电后状态，选择带保持制动器电机，具体代号为SGM7J04A7C6E。.
4轴选择安川SGM7J系列，具体代号为SGM7JA5A7A61。
具体数据见附录2。
3.2 3轴同时齿形带设计和选型
为了减小机器人总体设计外形尺寸，使结构紧凑，3轴和4轴均经过同时带传输运动和力矩，下面进行她们选择和计算。
依据选择关节 3 轴电机型号，结协议时带不仅改变传动方向作用而且改变了输出力矩特征能够计算功率等参数。
3.2.1 确定同时齿形带计算功率
考虑到速度增减、功率高低、载荷大小和预紧力对带轮影响，其功率计算公式为

式中： ——考虑载荷性质和运转时间工况修正系数；
——传输功率

载荷改变情况
瞬时峰值载荷
及额定工作载 荷
天天工作小时数/h

<10

10~16

>16
平稳
—
1.2
1.4
1.5
小
150%
1.4
1.6
1.7
较大
150%~250%
1.6
1.7
1.85
很大
250%~450%
1.7
1.85
2
大而且频繁
>450%
1.85
2
2.05
表 3-1 同时带工况修正系数
由表3-1 得=2，依据所选择电机得传输功率P=230w，计算得

3.2.2 选定带型和节距
参考图 3-1 所表示圆弧齿同时带选型图，依据上述计算功率 Pd，转速 n， 据此能够选择同时齿形带。

图3-1 圆弧齿同时带选型图
选定同时齿形带带型为3M
3.2.3 大小带轮齿数及节圆半径。
依据带轮转速和带型，依据表3-2可确定小带轮最小齿数。此设计中， 因为安装尺寸限制，3 轴选择小带轮。

带轮转速

（r/min-1）
带型
3M
5M
8M
14M
20M
<900
10
14
22
28
34
900~1200
14
20
28
28
34
1200~1800
16
24
32
32
38
1800~3600
20
28
36
—
—
3600~4800
22
30
—
—
—
表 3-2 带轮最小齿数

取小带轮齿数
=25
则小带轮节圆直径为

则大带轮齿数
=50
则大带轮节圆直径为

3.2.4 同时带带速计算

3.2.5 初选中心距
中心距满足下述条件

依据结构尺寸要求取

3.2.6 带长及齿数确定
带长计算公式以下

依据圆弧齿同时带长度系列查得，其节线长，节线上齿数
同时带实际中心距为

计算得a=73.28mm。
3.2.7 基础额定功率

基础额定功率是多种带型对应于基准宽度额定功率，为各带型许 用工作拉力，m 为宽度为带单位长度质量，各参数见表 3-3 所表示。

项目
带型
参数
MXL
XXL
XL
L
H
XH
XXH
bs0/mm
6.4
6.4
9.5
25.4
76.2
101.6
127.0
Ta/N
27
31
50
245
2100
4050
5400
m/kgm-1
0.007
0.01
0.022
0.096
0.448
1.484
2.473
表 3-3 同时带基准宽度、许用工作拉力和单位长度质量
选择L（轻型），算得

3.2.8 带宽计算
同时带带宽计算公式以下式

其中： ——啮合系数，因，取 =1；

——带长系数，按表可查得=1；

——带基准宽度，查表确定；
算得：

取bs=19mm。
3.2.9 作用于轴上力计算
紧边张力

松边张力

最终依据以上计算参数选择宁波伏龙同时带企业261-3M同时带。

3.3 4轴同时齿形带设计和选型
计算和选型过程基础和3轴相同。
3.3.1 确定同时齿形带计算功率
功率计算公式为

式中： ——考虑载荷性质和运转时间工况修正系数；
——传输功率
由表3-1 得=1.5，依据所选择电机得传输功率P=0.524w，计算得

3.3.2 选定带型和节距
参考图 3-1 所表示圆弧齿同时带选型图，依据上述计算功率 Pd，转速 n， 据此能够选择同时齿形带。选定同时齿形带带型为3M。
3.3.3 大小带轮齿数及节圆半径。
取小带轮齿数
=25
则小带轮节圆直径为

则大带轮齿数
=50
则大带轮节圆直径为

3.3.4 同时带带速计算

3.3.5 带长及齿数确定
带长计算公式以下

依据圆弧齿同时带长度系列查得，其节线长，节线上齿数
同时带实际中心距为

计算得a=73.28mm。
3.3.6 基础额定功率

基础额定功率是多种带型对应于基准宽度额定功率，为各带型许用工作拉力，m 为宽度为带单位长度质量，各参数见表 3-3 所表示。

选择MXL（超轻型），算得

3.3.7 带宽计算
同时带带宽计算公式以下式

取bs=8mm。
3.3.8 作用于轴上力计算
紧边张力

松边张力

最终依据以上计算参数选择宁波伏龙同时带企业261-3M同时带。
第4章 1轴和2轴电机及减速器选择和计算
4.1 小臂驱动电机（2轴）及减速器计算和选择
SCARA机器人小臂设计图4-1所表示

图4-1 SCARA机器人小臂设计
利用SolidWorks将此模型质量及绕2轴转动惯量计算得出：
质量为
m1=6.92kg
绕2轴转动惯量
J1=0.303kg/m2
由任务书可知，关节2最大运动速度w=450°/s，选择加速时间为t=0.1s，则角加速度：
α=ωt=450°/s0.1s=78.54/s2
则所需扭矩为
T=J×α=0.303×78.54=23.80Nm
考虑到摩擦力矩，取安全系数为1.2
则减速机输出最小转矩为
Tmin=1.2T/η=1.2×23.8/0.9=31.73Nm
选择斯诺伐克Spinea谐波减速机TS110 E-series。减速比i=33。具体数据见附录3。
减速机输入力矩即电机输出力矩
T2=Tmin/i=31.73/33=0.96Nm
选择电机为安川SGM7J系列，具体代号为SGM7J04AC6S。具体数据见附录2。
4.2 大臂驱动电机（1轴）及减速器计算和选择
SCARA机器人大臂（加小臂）设计图4-2所表示

图4-2 SCARA机器人大臂设计
利用SolidWorks将此模型质量及绕1轴转动惯量计算得出：
质量为
m1=17.04kg
绕1轴转动惯量
J1=2.21kg/m2
由任务书可知，关节1最大运动速度w=450°/s，选择加速时间为t=0.2s，则角加速度：
α=ωt=450°/s0.2s=39.27/s2
则所需扭矩为
T=J×α=2.21×39.27=86.787Nm
考虑到摩擦力矩，取安全系数为1.2
则减速机输出最小转矩为
Tmin=1.2T/η=1.2×86.787/0.9=115.716Nm
选择斯诺伐克Spinea谐波减速机TS140 E-series。减速比i=33。具体数据见附录3。
减速机输入力矩即电机输出力矩
T2=Tmin/i=115.716/33=3.51Nm
选择电机为安川SGM7A系列，具体代号为SGM7A15A7A61。具体数据见附录2。

第5章 刚度校核

我们需要关注SCARA机器人工作过程中刚度，以确保安全正确运行。为此，需要对其进行简单强度校核，确保其在要求工作范围内能够正常工作，而不会出现变形过大问题。
借助SolidWorks应力分析功效分析大臂及小臂变形。
5.1大臂刚度校核

末端加载力为100N，最大变形为0.035mm。满足精度要求。

5.2小臂刚度校核

末端加载力为70N，最大变形为0.03mm。满足精度要求。

附录1滚珠丝杠花键

附录2安川伺服电机

附录3谐波减速器

参考文件
[1] 吴宗泽.机械设计实用手册[M].北京:化学工业出版社，1999
[2] 吴宗泽.机械零件设计手册[M].北京:化学工业出版社，
[3] 宋宝玉.简明机械设计手册[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，
[4] 王黎欣，陈铁鸣.机械设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，
[5] 马惠萍.交换性和测量技术基础案例教程[M].北京:机械工业出版社..8.