连续冲压自动上下料机器人的结构设计与仿真研究
发布时间：2020-09-14 19:59
中国制造业的飞速发展,促进了传统冲压技术的改造及先进冲压技术的形成。传统冲压生产由于人工成本大、效率低和安全性差等原因,已经不能满足企业的生产需求,所以冲压生产也开始引入机器人和自动化技术。由于冲压零件的生产具有规模化、个性化和批量化等特点,机器人在不同生产线上进行上下料操作,就会出现上下料精度差、轨迹多变等一系列问题。针对以上情况,本文需要设计一种特定构型的六轴上下料机器人,深入研究其结构设计、运动学、轨迹规划和动力学等关键技术,同时对轨迹控制实现模块化处理。主要研究内容包括:(1)通过分析传统冲压生产存在的问题,从效率、柔性和精度三方面对现有自动化冲压生产线提出应用需求,并且以钣金机箱的加工流程为例,构建出自动化冲压生产线三维模型。(2)根据上下料机器人与冲床的位置关系,确定机器人的主要技术参数,并对其主要传动部件进行选型计算,设计出适合上下料动作的机器人结构;利用ANSYS Workbench对机器人的主要传动部件进行有限元分析,确保刚度满足要求的情况下优化结构设计。(3)采用D-H法构建上下料机器人的杆件坐标系,完成运动学正逆解的理论推算;运用MATLAB机器人工具箱建立机器人参数模型,验证D-H参数的正确性,并将实现运动学正逆解的程序保存成两个运算模块;根据运动学正解结果模拟出机器人的工作空间,分析机器人主要参数对工作空间的影响。(4)在笛卡尔坐标空间完成轨迹规划,得到各关节角度的离散数据;采用五次多项式插值法将各关节角度离散点拟合成驱动函数,同时将实现上下料轨迹的程序单独保存;调用运动学正逆解模块和轨迹模块,在MATLAB/Simulink中搭建轨迹仿真平台进行实验,分析实验结果对上下料机器人运动平稳性的影响;将各关节驱动函数导入ADAMS中对机器人虚拟样机进行可视化轨迹仿真,验证轨迹的合理性。(5)基于牛顿—欧拉方程法进行动力学基础分析,在SimMechanics模块中搭建动力学计算平台,从而得到各关节驱动力矩的变化曲线,以此校核上下料机器人关节处主要传动部件的型号是否满足要求;在MATLAB/GUI模块中设计上下料机器人的仿真控制界面,以此控制和显示运动学、上下料轨迹以及动力学的仿真结果。研究表明,通过上下料轨迹控制的模块化处理,满足了自动化冲压生产线对轨迹的要求,在冲压生产中具有推广应用的价值。
【学位单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG385.9
【部分图文】：
冲床设备上的板材、管材和型材等原料施加作用定造型、大小和功能的产品[1]。冲压成型作为最、高利用率、加工速度快、成型制品环保节能、度高、互换性好、质量轻、刚度好等特点用于加应用在汽车、航空仪表、电子元器件和军工及生式，每次获取完整的生产动作时，不仅需要完成地重复作业[4]。鉴于操作时危险因素的存在，欧业机器人来替代人工劳动。传统人工上下料的操，因此通过引进高科技制造技术构成柔性制造单成型制造技术向智能化方向更好地发展，部分代化生产模式不仅可以有效地节省成本和提高趋于自动化，同时降低操作危险因素，实现生产
陕西科技大学硕士学位论文分为通用性、专用型；按几何结构分为直角坐标型、圆型、平面关节型；按移动方式分为固定类、移动类[9]。出的机器人，其智能化、模块化和系统集成化等技术已视觉感知能力的机器人也开始涌入市场，可以快速实现制技术和计算机技术运用到冲压设备上，把过去单台冲动化生产，在每两台冲床设备之间搭配一台机器人使用入，又可以大幅提高生产效率，使智能化成型技术走在线的核心是工件的上下料系统，其中包括上下料、工件大环节，主要的传送设备就是连续冲压自动上下料机
插补等轨迹规划算法，对比分析得出各种算法的优缺点[24]。李东洁研究了使机器人运轨迹平滑且工作时间最优，在考虑各关节速度、加速度和加速度变化约束的基础上，机器人在关节空间中进行轨迹规划。采用遗传算法在 ADAMS 中进行机器人运动学仿，其结果表明该方法既能保证工作时间最优，又可使机器人的轨迹平滑[25]。.2.2 国外研究现状随着计算机技术与自动化技术的不断发展，冲压自动化技术也在探索中不断发展与步，将智能化设备与技术应用到自动化冲压生产线中，如德国福伊特公司开发的00KN 的伺服液压机，具有柔性高、结构紧凑、节能降噪、生产效率高等特点[26]。新的压模具集成系统的开发可以节省时间，提高生产效率，传统的冲压生产必定会被自动生产所替代[27]。就目前国际上工业自动化发展的状况来看，美国、日本和德国在工业机器人方面实雄厚，处于自动化生产领先地位，工业机器人被广泛应用于各大生产线和加工制造车，极大地提高了生产效率。国外的机器人技术已经相当成熟，由此产生出一批质量好重复定位精度高的工业机器人企业，其中包括瑞典的ABB，日本的安川、松下、FANUC国的 KUKA，美国的 Adept Technology 等诸多知名公司[28]。
【学位单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG385.9
【部分图文】：
冲床设备上的板材、管材和型材等原料施加作用定造型、大小和功能的产品[1]。冲压成型作为最、高利用率、加工速度快、成型制品环保节能、度高、互换性好、质量轻、刚度好等特点用于加应用在汽车、航空仪表、电子元器件和军工及生式，每次获取完整的生产动作时，不仅需要完成地重复作业[4]。鉴于操作时危险因素的存在，欧业机器人来替代人工劳动。传统人工上下料的操，因此通过引进高科技制造技术构成柔性制造单成型制造技术向智能化方向更好地发展，部分代化生产模式不仅可以有效地节省成本和提高趋于自动化，同时降低操作危险因素，实现生产
陕西科技大学硕士学位论文分为通用性、专用型；按几何结构分为直角坐标型、圆型、平面关节型；按移动方式分为固定类、移动类[9]。出的机器人，其智能化、模块化和系统集成化等技术已视觉感知能力的机器人也开始涌入市场，可以快速实现制技术和计算机技术运用到冲压设备上，把过去单台冲动化生产，在每两台冲床设备之间搭配一台机器人使用入，又可以大幅提高生产效率，使智能化成型技术走在线的核心是工件的上下料系统，其中包括上下料、工件大环节，主要的传送设备就是连续冲压自动上下料机
插补等轨迹规划算法，对比分析得出各种算法的优缺点[24]。李东洁研究了使机器人运轨迹平滑且工作时间最优，在考虑各关节速度、加速度和加速度变化约束的基础上，机器人在关节空间中进行轨迹规划。采用遗传算法在 ADAMS 中进行机器人运动学仿，其结果表明该方法既能保证工作时间最优，又可使机器人的轨迹平滑[25]。.2.2 国外研究现状随着计算机技术与自动化技术的不断发展，冲压自动化技术也在探索中不断发展与步，将智能化设备与技术应用到自动化冲压生产线中，如德国福伊特公司开发的00KN 的伺服液压机，具有柔性高、结构紧凑、节能降噪、生产效率高等特点[26]。新的压模具集成系统的开发可以节省时间，提高生产效率，传统的冲压生产必定会被自动生产所替代[27]。就目前国际上工业自动化发展的状况来看，美国、日本和德国在工业机器人方面实雄厚，处于自动化生产领先地位，工业机器人被广泛应用于各大生产线和加工制造车，极大地提高了生产效率。国外的机器人技术已经相当成熟，由此产生出一批质量好重复定位精度高的工业机器人企业，其中包括瑞典的ABB，日本的安川、松下、FANUC国的 KUKA，美国的 Adept Technology 等诸多知名公司[28]。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 苑丹丹;邓三鹏;王仲民;;基于蒙特卡洛法的模块化机器人工作空间分析[J];机床与液压;2017年11期
2 沈东东;陈q谔
本文编号：2818587
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2818587.html
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