一种SCARA机械臂结构方案的评估方法

REF：SCARA机械臂造型评估及优化方法研究

本篇主要通过四种变量对方案进行分析：顶端位移、最大应力、低阶固有频率、以及基频与电机共振率。

1. 方案设计

SCARA机械臂在设计过程中需要满足垂直方向上的刚度要求，而垂直方向的刚度可通过顶端的位移来呈现。影响机械臂顶端位移的因素很多，主要由重力及惯性力所引起的机械臂变形和振动，同时， 连杆的刚度不同导致外加负载及自生重量造成的柔性变形不一致。

2. 静态 力学分析

方案1应力小，但顶端位移量大，为０.43ｍｍ，表明该方案整体结构较稳定，但刚度不够，略大于额定末端定位精度；方案2顶端位移量最小，为0.15mm，但反作用力大，该方案底端设计不足，缺少稳定性；方案3应力大，为33.1MPa，表明该方案关键处易产生断裂，需要对薄弱环节的结构重新设计

3. 动态低阶频率分析

在考虑振源对结构共振的影响因素中，机械臂伺服电机产生的激振作用尤为明显，SCARA机械臂电机的激振频率公式为：F=1(n±δ)/60，其中，n为电机转速（rpm），δ为转速误差，带入电机额定转速1400r/m，上下浮动误差15，得出电机的激振频率为F=46±0.5

在模态分析得出的各方案前四阶模态下的固有频率中，方案1的低阶频率皆高于电机的激振率 ， 避免了共振，且方案1的一阶固有频率最高，其动态性能较优；方案3的低阶固有频率低于电机的激振频率，其动态性能较弱，在工作中易发生共振现象。

4. 方案综合分析

运用比率法对方案进评估，具体为分别对各属性进行归一化后求和，即通过计算某属性与该属牲方案中最大值的比率，公式如下：