面向高速分拣的4-DOF并联机器人轨迹规划与实验研究

发布时间：2020-05-16 08:32

【摘要】：面向传统食品包装行业设备升级与改造的行业需求,采用并联机器人、机器视觉、运动控制、伺服驱动等先进技术,研发面向食品高速分拣与包装的高速轻型并联机器人,以提高生产效率、降低劳动强度、保证食品卫生安全,已成为机器人行业的一种发展趋势。论文结合课题组承担的国家重点研发计划课题,分析食品分拣包装的实际需求,开展高速轻型并联机器人的机构分析、轨迹规划与实验研究:1.借鉴Adept的Quattro系列并联机器人构型,提出本论文高速轻型并联机器人的设计方案,机器人由动平台、静平台、主动臂、从动臂以及末端执行器等组成,机器人驱动采用高性能的伺服电机和谐波减速器,主、从动臂采用轻型的碳纤维,实现机器人末端的高速、高精度的四自由度运动。2.建立了并联机构的数学模型,推导了机器人的正解与反解表达式。详细分析了影响机器人工作空间的主要因素,采用极限坐标搜索法,完成机器人工作空间的优化,确定了机器人的结构尺寸,建立了机器人的三维模型,并完成机器人的CAD出图。3.在并联机器人轨迹规划方面,详细介绍了高速并联机器人的运动几何路径,得出高速轻型并联机器人是门型路径。基于门型路径基础上,采用了五次B样条曲线方法对高速并联机器人的轨迹进行规划,得出最能代表B样条曲线的性能参数。并且分别对拉梅曲线、分段多项式曲线进行验算仿真,优化了并联机器人运动轨迹。4.基于VC编程环境,编制高速轻型并联机器人运动控制软件,在高速轻型并联机器人实验样机上进行实验研究,在实验样机上分别进行拉梅曲线、分段多项式曲线和五次B样条曲线的残余振动、速度与时间关系及加加速度与时间的关系。得出采用五次B样条曲线方法规划的高速并联机器人的轨迹光滑且最优。
【图文】：

并联机构,机器人操作器,并联平台,六自由度

这样既弥补了串联机器人在方面应用的不足，而且并联机器人更加适用于高速，高精度的场合。逡逑１．２．２并联机构逡逑早在１６４５年，Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ邋Ｗｒｅｎｍ提到了并联机构的理论问题。在此基础上，学相继开始研究并联机构，Ｃａｕｃｈｙ在１８１３年，Ｌｅｂｅｓｇｕｅ在１８６７年，Ｂｒｉｃａｒｄ在１８９７分别研宄了相关的理论问题。１９４７年，Ｇｏｕｇｈ提出了具有闭环运动构型并联机构的原理。１９５５年，Ｇｏｕｇｈ制造一台基于Ｇｏｕｇｈ并联机构的测试轮胎抗磨损的原型机１．１）。１９６５年，Ｓｔｅｗａｒｔ１９】发表了的关于Ｓｔｅｗａｒｔ并联机构的论文，该Ｓｔｅｗａｒｔ机构（１．２所示）主要由静平台、动平台以及６条运动链相连接，运动杆件是可以上下伸杆件与静平台和动平台的连接是通过球铰和虎克铰的方式；并且在每条运动链的协作下，则末端执行器在工作空间内可以进行六自由度空间运动。逡逑

机构,并联机器人,并联机构,平台

杆件与静平台和动平台的连接是通过球铰和虎克铰的方式；并且在每条运动链的协调操逡逑作下，则末端执行器在工作空间内可以进行六自由度空间运动。逡逑囼屋７逡逑图丨．１邋Ｇｏｕｇｈ平台轮胎检测机构邋图１．２邋Ｓｔｅｗａｒｔ并联平台结构原理图逡逑１９７８年，ＨｕｎｔＩＭ第一次提出了把六自由度并联机构应用于机器人操作器上面，因逡逑此对于并联机器人的机构研宄拉开了序幕。不过，在以后需将近１０年的时间并联机器逡逑人的研究还是停留不前。１９７９年，ＭｃＣａｌｌｉ0ｎｌ１１ｌ研发了世界上第一台真正含义的并联机逡逑器人，是充分利用与并联机构应用在装配机器人技术场合。１９８０年，Ｈｃｈｔｅｒ和逡逑ＭｃＤｏｗｅｌｌ设计了一种基于Ｓｔｅｗａｒｔ平台的并联机器人，并且关于并联机器人的理论研宄逡逑进行了深入探讨，比如运动学反解的问题等。一直到２０世纪９０年代初期，并联机构机逡逑器人引起广大的学者关注，，已经成为机器人领域的研宄热潮。国外很多国家的科研机构逡逑和机器人企业^u始深度对并联机器人的开展研究［１２】。逡逑－３邋－逡逑
【学位授予单位】：哈尔滨商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242

【参考文献】