SCARA机器人广泛应用于IC、半导体、3C产业等精密装配领域,随着产品越来越向小型化、高端化发展,对装配机器人的精度要求越来越高。传统SCARA机器人由于机械传动结构的限制,已经难以满足装配作业中对机器人速度和精度的需求。目前国内外普遍采用优化轨迹路径、控制算法等方法,但是提高机器人精度的根本措施除了软件优化外还要从新型的本体结构上进行研究。因此本文使用磁齿轮复合电机替代传统SCARA机器人“伺服电机+谐波减速器”的传动结构,设计了一种高精度、高响应的直驱式SCARA机器人,并重点进行SCARA机器人关节磁齿轮复合电机设计和直驱SCARA机器人的轨迹跟踪控制方法研究。首先,本文针对目前SCARA机器人关节电机传动误差大、功率密度低等问题,提出使用磁齿轮复合电机进行SCARA机器人关节直接驱动。结合本文SCARA机器人的工作要求,提出磁齿轮复合电机设计指标后,使用有限元法进行优化设计,分析包括磁齿轮永磁体厚度、调磁环厚度,电机转子永磁体厚度、气隙长度等参数对关节驱动性能的影响,设计出一款面向机器人关节的高功率密度磁齿轮复合电机。其次,本文对基于磁齿轮复合电机的SCARA机器人各关节传动方案进行了详细介绍,为了进一步提高SCARA机器人速度和精度性能,使用遗传算法对本直驱SCARA的大臂和小臂长度进行优化。根据优化结果建立起直驱SCARA三维模型,并仿真验证臂长优化的有效性。再对此直驱SCARA关节传动误差进行计算,与非直驱关节对比,验证了直驱关节的高精度特性。然后,针对机器人直驱关节的易干扰问题,为实现机器人末端精确跟踪定位,提出基于机器人末端轨迹动力学的控制方法。采用拉格朗日法建立起SCARA机器人关节动力学模型后,根据机器人末端力和关节力矩之间的映射关系建立起SCARA机器人末端轨迹的动力学模型;基于机器人末端轨迹动力学模型,设计指数趋近律的滑模控制器,消除末端抖动现象。通过李雅普诺夫稳定性理论验证该控制器的稳定性,并利用Matlab对控制系统进行仿真实验,验证了基于末端轨迹滑模控制方法能很好地跟踪目标轨迹,有效地消除外界干扰。最后,进行磁齿轮复合电机样机制作,并将磁齿轮复合电机应用到SCARA机器人的X轴和Y轴,完成了 SCARA机器人的样机制作。搭建起SCARA机器人的控制系统后,对磁齿轮复合电机进行性能测试。依据工业机器人性能测试国家标准对直驱SCARA机器人的重复定位精度等进行测试,验证了本文所设计的直驱SCARA机器人高速、高精、高动态响应的特性。