1. Scara機械臂介紹

? ? ? Scara機械臂（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是一種常見的工業(yè)機械臂，其結(jié)構(gòu)形狀類似于人的手臂，由垂直支柱和水平臂組成，它主要用于裝配、搬運和定位等任務(wù)。Scara機械臂在自動化生產(chǎn)線和工業(yè)應(yīng)用中廣泛應(yīng)用，它能夠有效地替代人工勞動，并提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。同時由于其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠，維護和操作也相對容易。

Scara機械臂通常具有以下特點：

① 三維工作空間：Scara機械臂具有較大的工作空間，可以在水平平面內(nèi)進行移動，并通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實現(xiàn)上下運動。這使得它適用于多種應(yīng)用場景，如裝配線、倉儲物流等。

② 選擇性柔順性：Scara機械臂具有可選擇的柔順性，即在水平平面內(nèi)具有較高的剛性，但對垂直方向的力和扭矩具有柔順性。這種設(shè)計使得它能夠精確地控制位置和姿態(tài)。

③ 四自由度：Scara機械臂通常具有四個獨立驅(qū)動關(guān)節(jié)，分別控制基座旋轉(zhuǎn)、水平臂伸縮、前臂旋轉(zhuǎn)和末端執(zhí)行器的運動。這樣的結(jié)構(gòu)使得它具備較高的運動靈活性和精度。

④ 高重復(fù)定位精度：Scara機械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)使其能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的重復(fù)定位。這使得它適用于需要精確定位和裝配的任務(wù)，如電子元器件組裝、挑選和放置等。

⑤ 快速運動速度：Scara機械臂通常具有較快的運動速度，可以快速完成搬運和裝配任務(wù)。這提高了生產(chǎn)效率和工作效率。

? ? ? SCARA屬于平面關(guān)節(jié)機械臂，機器人有3個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進行定位和定向。SCARA機械臂包含三個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，一個直線關(guān)節(jié)。按照關(guān)節(jié)放置的位置可以組合為：RRRP、RPRR、PRRR，在實際的工業(yè)中常用RRP型，也就是Axis1、Axis2、Axis3先為旋轉(zhuǎn)軸，Axis4為直線軸，這類機器人的結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快。

五連桿Scara機械臂的運作效果詳情可參考：【A003】花生點播機器人項目?https://www.robotway.com/h-col-143.html

2. Scara機械臂運動學反解計算

? ? ? 機器人運動學就是根據(jù)末端執(zhí)行器與所選參考坐標系之間的幾何關(guān)系，確定末端執(zhí)行器的空間位置和姿態(tài)與各關(guān)節(jié)變量之間的數(shù)學關(guān)系。包括正運動學（Forward Kinematics）和逆運動學（Inverse Kinematics）兩部分。

? ? ? 正運動學就是根據(jù)給定的機器人的各個關(guān)節(jié)變量，計算末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。

? ? ? 反解（逆向運動學）則是根據(jù)已知的末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，計算機器人各個關(guān)節(jié)變量，也被稱為機器人運動學求解。

? ? ? 關(guān)節(jié)變量 —–> 機械臂末端執(zhí)行器的姿勢 ?= 正向運動學

? ? ? 機械臂末端執(zhí)行器的位姿 —–> 關(guān)節(jié)變量 ?= 逆向運動學

基本步驟：

（1）確定關(guān)節(jié)、連桿及其參數(shù)

? ? ? 這里我們選擇一個PRR分布的SCARA機械臂進行計算，同時為了簡化計算，我們?nèi)サ袅四┒说男D(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

（2）簡化模型設(shè)定坐標系

為方便計算：

? ? ? ① 從俯視圖看，將第二關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心作為坐標原點建立坐標系

? ? ? ② 以豎直向上為+Z軸

（3）計算運動學反解

這里我們設(shè)定：

? ? ? 已知B點坐標為（x，y，z）

? ? ? OA為大臂長度=L1

? ? ? OB為小臂長度=L2

我們需要求解：

? ? ? ① 大臂轉(zhuǎn)動角度

? ? ? ② 小臂轉(zhuǎn)動角度

? ? ? ③ 第一關(guān)節(jié)的運動距離

? ? ? 其中α和β為我們所求大臂和小臂轉(zhuǎn)動角度。θ1、θ2、θ3為輔助計算角度。

求解轉(zhuǎn)臺角度θ：

求解大臂角度α：

求解小臂角度β：

3. Scara機械臂仿真實例

? ? ? 基于Webots仿真構(gòu)建，詳情可參考 如何使用Webots做仿真設(shè)計【https://www.robotway.com/h-col-183.html】