自动化物料搬运机器人的设计与仿真

发布时间：2018-04-22 17:47

  本文选题：搬运机器人 + 结构设计　； 参考：《西安建筑科技大学》2015年硕士论文

【摘要】：机器人在现代工业化进程中占据十分重要的地位,其无论是从生产加工效率、稳定性方面,还是从经济角度考虑,都是手工所无法企及的。因此,在如今经济迅猛发展的关键时期,机器人已成了企业的首选,这将使企业在业内竞争中占据极大优势。然而,机器人在国内应用并没有我们想象中普遍,本文将以物流业为例,主要针对物流箱(或者钢锭等具有固定形状的块状零部件)搬运问题,设计一种新型自动化物料搬运机器人,其能够使物流箱等的搬运实现自动化,节省大量的人力物力。首先,根据实际应用环境及厂家的要求确定其任务空间,运动形式,自由度等,得到机器人的基本结构简图;通过解析几何法对其进行了运动学和动力学分析,得到机器人的运动学方程及动态静力学方程,这为后续设计奠定了理论基础;有了基本的结构尺寸,接下来将完成搬运机器人本体机械设计,运用Solid Works软件绘制整机的三维模型,特别设计了其抓取器部分,并在西秦机械厂进行了实物加工,经过验证可以实现预定的动作,这些均为后续的分析研究奠定了坚实基础。其次,针对搬运机器人的关键零部件,运用ANSYS Work Bench软件进行了有限元分析,得到关键零部件的应力、应变云图,可以校核零部件强度,验证该零部件的实用性能;对机器人前臂进行了模态分析,得到其振动模态图,能够让我们直观的分析其振动特性;特别对机器人抓取器的支撑梁做了有限元分析并进行了优化改进,再运用Work Bench对其做了疲劳寿命分析,更加细致的了解到支撑梁的机械性能。最后,根据搬运机器人的实际应用要求,设计一条机器人末端点运动轨迹,并结合末端点运动学方程,运用MATLAB编程来反求出轨迹上各关键点对应的驱动关节角,并将数据与时间对应,得到关节角的样条曲线;简化机器人三维模型,并导入ADAMS软件中;再运用CUBSPL函数(三次样条曲线拟合法)来控制机器人运动,最终得到一系列仿真曲线图,而分析结果同时也验证了前面理论推导的正确性,为机器人的进一步完善奠定了基础。
[Abstract]:Robot occupies a very important position in the process of modern industrialization. It is beyond the reach of handcraft in terms of production and processing efficiency, stability and economy. Therefore, in the critical period of rapid economic development, robots have become the first choice of enterprises, which will make enterprises in the industry to occupy a great advantage in competition. However, the application of robots in China is not as common as we think. In this paper, we will take the logistics industry as an example, focusing on the handling of logistics boxes (or bulk parts with fixed shape, such as ingots). A new type of automatic material handling robot is designed, which can automate the handling of logistics boxes and save a lot of manpower and material resources. Firstly, according to the practical application environment and the requirements of the manufacturer, the task space, motion form, degree of freedom and so on are determined, and the basic structure diagram of the robot is obtained, and the kinematics and dynamics of the robot are analyzed by the analytic geometry method. The kinematics equation and the dynamic static equation of the robot are obtained, which lays a theoretical foundation for the subsequent design. Using Solid Works software to draw the 3D model of the whole machine, the grabber part is specially designed, and the physical processing is carried out in the Xiqin Machinery Factory. It is proved that the predetermined action can be realized. All of these have laid a solid foundation for the subsequent analysis and research. Secondly, the finite element analysis of the key parts of the moving robot is carried out by using ANSYS Work Bench software, and the stress and strain cloud diagrams of the key parts are obtained. The strength of the parts can be checked and the practical performance of the parts can be verified. The modal analysis of the robot forearm is carried out, and the vibration modal diagram is obtained, which enables us to analyze its vibration characteristics intuitively, especially, the finite element analysis of the supporting beam of the robot grab device is made and the optimization improvement is carried out. The fatigue life of the beam is analyzed by Work Bench, and the mechanical properties of the supporting beam are understood in detail. Finally, according to the practical application requirements of the moving robot, a robot terminal point motion trajectory is designed. Combined with the terminal point kinematics equation, the corresponding driving joint angle of each key point on the trajectory is obtained by using MATLAB programming. The spline curve of joint angle is obtained by corresponding the data with time, the three-dimensional model of robot is simplified and imported into ADAMS software, and the motion of robot is controlled by CUBSPL function (cubic spline curve fitting method). Finally, a series of simulation curves are obtained, and the analysis results also verify the correctness of the previous theoretical derivation, which lays the foundation for the further improvement of the robot.
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242

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本文编号：1788275