3自由度Delta并联机器人动静态特性分析与优化

发布时间：2017-10-05 12:43

  本文关键词：3自由度Delta并联机器人动静态特性分析与优化

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【摘要】：目前,应用于工业高速分拣的三自由度Delta并联机器人成为并联机构领域内研究的热点,在前人研究内容的基础上,本文对Delta并联机构的动静态特性做以分析及优化。本文简介了并联机器人国内外研究进展、各领域应用及特点。运动学分析部分,一方面,通过几何方法对并联机构的位置逆解分析,另一方面,通过几何法和解析法对并联机构的位置正解的求解。同时,本文采用基于Adam s软件进行运动学仿真分析,通过虚拟样机的分析可较准确、直观地得到机构的运动位姿及输入驱动变化关系。综合尺寸误差、转动间隙误差、驱动误差来对机构做误差分析,对机构运动过程的可靠性进行分析。并联机构执行端的定位精度和机构控制系统编程的跟踪精度均受整个机构的动、静态刚度的影响。整机刚度的提高会节约机构控制部分的造价成本及系统编程要求。考虑并联机构刚度的一般方法为综合机构铰链刚度和外载荷因素的影响,本文还通过考虑到各杆件本身重力和各杆件所受约束力影响下的机构弹性变形。建立刚度的数学模型,利用MATLAB的数值求解功能,求解得到整机在不同外部负载及位姿变化下的机构刚度。同时,在三维建模软件CATIA中建立Delta并联机构整机模型,基于大型有限元分析软件Ansys Workbench 14.0对机构进行动静态刚度分析,得到分析后的静刚度结果与刚度数学模型对比分析。基于有限元对整体进行模态分析,得到整机的各阶固有频率,得到整机动态刚度特性。采用目前流行的响应曲面法对机构进行结构优化,通过优化降低机构关键部位所受应力最大值,提高机构整体工作过程的安全性,为机构设计理论依据及参考。
【关键词】：Delta并联机器人 运动学 可靠性 静刚度 有限元 模态分析 响应曲面
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242;TH112
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 并联机器人概述11-15
• 1.2.1 并联机器人国内外发展概述11-13
• 1.2.2 并联机器人特点13-14
• 1.2.3 并联机器人的应用14-15
• 1.3 Delta并联机器人的应用与研究15-17
• 1.4 虚拟样机技术的研究与发展17-18
• 1.5 主要研究内容18-20
• 2 Delta并联机构运动学及可靠性分析20-35
• 2.1 引言20
• 2.2 Delta并联机构结构介绍20-21
• 2.3 Delta运动学分析21-30
• 2.3.1 Delta并联机构结构的自由度21-22
• 2.3.2 建立机构坐标系22-23
• 2.3.3 位置逆解分析23-25
• 2.3.4 位置正解分析25-29
• 2.3.5 算例分析29-30
• 2.4 Delta并联机器人运动学仿真30-32
• 2.4.1 虚拟样机建立30
• 2.4.2 举例仿真分析30-32
• 2.5 运动可靠性分析32-34
• 2.5.1 并联机构误差分析32-33
• 2.5.2 机构运动可靠性33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 3 并联机器人静刚度分析35-44
• 3.0 引言35
• 3.1 静刚度模型建立35-36
• 3.2 速度与静力求解36-39
• 3.2.1 Jacobian矩阵36-37
• 3.2.2 铰接点及构件质心点速度映射37
• 3.2.3 平衡驱动力37
• 3.2.4 约束反力37-39
• 3.3 静刚度分析39-41
• 3.3.1 转换刚度矩阵39
• 3.3.2 考虑约束反力及自身重力下的弹性变形39-40
• 3.3.3 考虑约束反力及自身重力下的刚度分析40-41
• 3.4 刚度评估41-42
• 3.5 举例分析42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 4 基于Ansys Workbench 14.0的机构有限元分析仿真44-55
• 4.1 引言44-45
• 4.2 Ansys Workbench 14.0软件分析流程45
• 4.3 有限元静刚度分析45-51
• 4.3.1 有限元静力分析基础46
• 4.3.2 有限元模型的建立46-47
• 4.3.3 有限元静刚度仿真47-49
• 4.3.4 静刚度结果处理及分析49-51
• 4.4 基于有限元的模态分析51-54
• 4.4.1 模态分析基础51-52
• 4.4.2 模态结果分析52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 Delta并联机构响应曲面优化设计55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 响应曲面法理论概述55-57
• 5.2.1 响应曲面概念55-56
• 5.2.2 响应曲面分析步骤56-57
• 5.3 基于Ansys Workbench 14.0的响应曲面优化57-62
• 5.3.1 选取优化构件57-58
• 5.3.2 参数化设置58-61
• 5.3.3 优化点求解61-62
• 5.3.4 结果处理62
• 5.4 本章小结62-63
• 6 结论与展望63-65
• 6.1 结论63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 作者简介69-71
• 学位论文数据集71

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本文编号：976888