1. Scara機(jī)械臂介紹
Scara機(jī)械臂（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是一種常見的工業(yè)機(jī)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(yùn)和定位等任務(wù)。Scara機(jī)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(shí)由于其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠，維護(hù)和操作也相對容易。
Scara機(jī)械臂通常具有以下特點(diǎn)：
① 三維工作空間：Scara機(jī)械臂具有較大的工作空間，可以在水平平面內(nèi)進(jìn)行移動，并通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)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(jī)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(jì)使得它能夠精確地控制位置和姿態(tài)。
③ 四自由度：Scara機(jī)械臂通常具有四個(gè)獨(dú)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(yùn)動。這樣的結(jié)構(gòu)使得它具備較高的運(yùn)動靈活性和精度。
④ 高重復(fù)定位精度：Scara機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yùn)動速度：Scara機(jī)械臂通常具有較快的運(yùn)動速度，可以快速完成搬運(yùn)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(jī)械臂，機(jī)器人有3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。SCARA機(jī)械臂包含三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，一個(gè)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(shí)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(jī)器人的結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快。
五連桿Scara機(jī)械臂
五連桿Scara機(jī)械臂的運(yùn)作效果詳情可參考【A003】花生點(diǎn)播機(jī)器人項(xiàng)目
2. Scara機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)反解計(jì)算
機(jī)器人運(yùn)動學(xué)就是根據(jù)末端執(zhí)行器與所選參考坐標(biāo)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(xué)關(guān)系。包括正運(yùn)動學(xué)（Forward Kinematics）和逆運(yùn)動學(xué)（Inverse Kinematics）兩部分。
正運(yùn)動學(xué)就是根據(jù)給定的機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)變量，計(jì)算末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。
反解（逆向運(yùn)動學(xué)）則是根據(jù)已知的末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，計(jì)算機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)變量，也被稱為機(jī)器人運(yùn)動學(xué)求解。
關(guān)節(jié)變量 —–> 機(jī)械臂末端執(zhí)行器的姿勢 ?= 正向運(yùn)動學(xué)
機(jī)械臂末端執(zhí)行器的位姿 —–> 關(guān)節(jié)變量 ?= 逆向運(yùn)動學(xué)
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(gè)PRR分布的SCARA機(jī)械臂進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)為了簡化計(jì)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(biāo)系
為方便計(jì)算：
① 從俯視圖看，將第二關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系
② 以豎直向上為+Z軸
（3）計(jì)算運(yùn)動學(xué)反解
這里我們設(shè)定：
已知B點(diǎn)坐標(biāo)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(yùn)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(jì)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：
