面粉袋码垛机器人有限元结构分析与结构改进

发布时间：2018-03-15 21:43

  本文选题：码垛机器人　切入点：有限元分析　出处：《山东建筑大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着经济的飞速发展,国内中小企业的自动化水平不断提高。对于劳动力密集的面粉行业来说,机器人代替人工码垛作业,既提高了生产效率,又减少了人工成本,是一种不可阻挡的必然趋势。不同的面粉生产企业,生产水平存在差异,对于码垛机器人性能的要求也不同。本课题来源于企业,针对某面粉厂实际的生产情况,分析面粉袋码垛机器人的结构与力学性能,并对其进行结构优化设计。形成一套比较完整的码垛机器人结构设计与优化方法,希望能为以后机器人研究提供帮助,具体内容如下:首先,分析码垛机器人臂部平行四杆机构,按照支架到夹持机构的顺序,依次建立杆件坐标系。对杆件坐标系转换矩阵进行求解,得到面粉袋码垛机器人夹持机构的位置参数方程。根据参数方程,运用MATLAB编程求解机器人的工作空间,提出一种平面空间解决立体空间的方法。其次,建立码垛机器人实体模型,运用ADAMS模拟机器人实际的码垛过程,求解驱动关节的驱动力矩随时间变化的过程,同时得到各关节速度、加速度以及各关节力的变化曲线。分析数据,完成码垛机器人的运动学与动力学分析。再次,对面粉袋码垛机器人进行有限元静力学分析和动力学校核,运用ANSYS Workbench对机器人4个极限位置进行刚度变形分析,参照关节力的变化曲线,对机构三个主要杆件进行动力学强度校核。参照弹性变形理论与第四强度理论完成机构的有限元分析。然后,根据面粉袋堆垛流程,选取机器人四个典型位置进行模态分析。运用ANSYS Workbench modal模块,提取机器人前六阶固有频率和振型。依据不同位姿每阶固有频率的振动特性和振型,找到结构动态薄弱环节的影响因素。最后,依据上述分析结果,运用复合形法对机器人平行四杆机构进行参数优化设计,找到在满足码垛空间的条件下,各杆件最优的长度尺寸参数。同时得到驱动角的最优旋转范围,使机器人的有效码垛空间达到最大。大小臂是机器人结构中最为关键的两个杆件,从其结构尺寸与形状两个方面对大小臂进行有限元优化设计,使其在增加刚度的同时,减少自身的质量。
[Abstract]:With the rapid development of economy, the automation level of small and medium-sized enterprises in China has been improved. For the labor-intensive flour industry, robot instead of manual palletizing not only improves the production efficiency, but also reduces the labor cost. It is an irresistible inexorable trend. Different flour production enterprises have different production levels and different requirements for the performance of palletizing robots. This topic comes from enterprises and aims at the actual production situation of a flour mill. The structure and mechanical properties of flour bag palletizing robot are analyzed, and the structure optimization design is carried out. A set of complete structural design and optimization method of palletizing robot is formed. It is hoped that this method can be helpful to the future research of flour palletizing robot. The main contents are as follows: firstly, the parallel four-bar mechanism in the arm of palletizing robot is analyzed. According to the order from the support to the clamping mechanism, the coordinate system of the member is established in turn. The transformation matrix of the coordinate system is solved. The position parameter equation of the holding mechanism of the flour bag palletizing robot is obtained. According to the parameter equation, the workspace of the robot is solved by using MATLAB programming, and a method of solving the stereo space in the plane space is put forward. The solid model of the palletizing robot is established, and the actual palletizing process of the robot is simulated by using ADAMS. The process of the driving moment of the actuating joint varies with time, and the velocity of each joint is obtained at the same time. Kinematics and dynamics analysis of the palletizing robot. Thirdly, the finite element statics analysis and the dynamic school core of the flour palletizing robot are carried out. ANSYS Workbench is used to analyze the stiffness and deformation of the robot at four limit positions, and according to the curve of joint force, The dynamic strength of the three main members of the mechanism is checked. The finite element analysis of the mechanism is completed with reference to the elastic deformation theory and the 4th strength theory. Then, according to the process of flour bag stacking, Four typical positions of the robot are selected for modal analysis. The first six natural frequencies and modes of the robot are extracted by using ANSYS Workbench modal module. Finally, according to the above analysis results, the complex method is used to optimize the parameters of the parallel four-bar mechanism of the robot, and find out that under the condition of satisfying the palletizing space, the influence factors of the structural dynamic weak link are found. At the same time, the optimal rotation range of the driving angle is obtained to maximize the effective palletizing space of the robot. The finite element optimization design of the upper arm is carried out from two aspects of its structure size and shape so as to increase its stiffness and reduce its own mass at the same time.
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

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本文编号：1616920