一种SCARA机械臂结构方案

REF：SCARA机器人结构优化设计与运动分析

1. 总体设计

各关节的传动方案最终确定如下：

• 大臂关节：伺服电机１→行星减速器→大臂
• 小臂关节：伺服电机２→行星减速器→小臂
• 主轴垂直直线运动：伺服电机３→同步齿形带→丝杠螺母→主轴（Ｚ轴）
• 主轴旋转：伺服电机４→同步齿形带→花键螺母→主轴（Ｚ轴）

机器人主要技术参数及工作空间如下：

2. 丝杠主轴

由于滚珠丝杠－花键为一体式结构，其沿Ｚ轴上下的直线运动和绕Ｚ轴的旋转运动存在耦合，对这两个运动是独立进行控制的，丝杠主轴运动实现的方式如下：

• 沿Ｚ轴升降运动：伺服电机（７）转动，通过同步带（８）带动丝杠螺母（12）转动，此时，伺服电机（６）不转动；实现主轴的垂直直线运动；
• 绕Ｚ轴旋转：伺服电机（６）转动，通过同步带带动花键螺母（14）转动，此时，伺服电机（７）也转动，进行反向补偿，将由花键螺母（14）转动引起的主轴旋转抵消，从而实现了主轴绕Ｚ轴的旋转运动；
• 螺旋运动：当伺服电机（７）与伺服电机（６）同时转动，主轴既有沿Ｚ轴的上下运动，又有绕Ｚ轴的旋转运动，从而实现了主轴的螺旋运动．主轴升降必须要有行程开关以避免冲出行程，所以在行程开关支架上安装有三个接近开关，从上到下分指示主轴升降的上死点、远点位置和下死点。

3. 滚珠丝杠-花键 核心结构图

滚珠丝杠－滚珠花键一体式结构，代替滚珠丝杠和滚珠花键的联合动作，滚珠丝杠－花键由丝杠螺母、花键螺母、丝杠三部分组成，两个螺母由电机通过同步带传动，同步轮分别固定在丝杠螺母和花键螺母的两端。