随着自动化进程的不断推进,机器人在工业生产中的应用越来越多,本文对工业机器人的研究发展现状进行分析,设计一款内部走线的倒装SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)机器人,建立机器人运动学和动力学模型,并且针对机器人应用中的安全问题,提出一种基于机器人动力学模型的无传感器防撞策略,对涉及到的参数辨识、信号处理技术进行研究。机器人系统设计包括机械系统设计与电气控制系统。机械系统设计包括机械臂与滚珠丝杠的结构设计,减速器的选型。电气控制系统设计包括电机、驱动器、控制器选型,电控箱启动电路与保护电路设计、线路布置等。运动学建模应用D-H模型建立SCARA机器人的关节坐标系,求解运动学正反解、坐标速度、加速度及其逆解;运用拉格朗日法建立机器人动力学方程,并针对SCARA机器人给出详细的推导过程。关节摩擦力是机器人的运动状态的重要影响因素,本文分析了几种常见的关节摩擦模型。当机器人模型确定后,运用参数辨识的方法求解模型参数。给定机器人的运动激励轨迹,通过采样获得机器人运动状态、关节力矩信号,则参数辨识问题就转化为求解动力学参数最优解的数学问题。从计算精度、收敛速度等方面综合考虑最小二乘法为比较理想的方式。系统动力学参数已知时,给定运动轨迹即可通过运动学方程求得维持运动所需要力的理论值,电机实际输出力可以通过采样获得,当两者差值较大时可以判断机器人处于非正常状态,其可能由于设备故障或碰撞引起,无论那种原因都应采取措施。实际情况下,模型误差、参数辨识误差、负载的变化都会引起理论关节力矩计算的不准确,因此需要通过自适应算法消除这些因素的影响。对于以上理论分析,进行实验验证,实验表明机器人控制器可以准确检测到机器人与外界环境的碰撞,并且做出相应应急措施,避免事故的发生,模型误差在?5%以内,反应周期为10 ms。同时通过采样电机功率比获得关节力矩,在不增加硬件成本的前提下,在人机协同工作时保证人员和设备的安全。