石材雕刻机械臂的建模与轨迹规划研究

发布时间：2020-06-24 12:54

【摘要】：工业机械臂因具有代替人工完成危险工作、提高企业生产效率、缓解劳动力紧张的压力等的优点,而被广泛应用于制造业中。同时,国内外制造业政策的相继提出,促使机械臂逐渐向智能自动化装备的方向发展。为了提高机械臂的自动化程度,本文以工业石材雕刻机械臂为研究对象,展开调研工作。石雕制品种类繁多且应用领域越来越广泛,然而其制作的要求和难度也逐渐加大,这促使石材雕刻技术从传统的手工作业向近现代的半机械化、机械化作业形式转变,以满足该行业发展的技术要求。为完成整体的研究工作,分别从以下几点打下理论和模型基础。首先,对KUKA KR240 R2900六自由度机械臂和雕刻工件组成的本体结构分析,建立机械臂各个关节坐标系图,创建D-H参数表,根据机械臂的D-H参数表建立机械臂的运动学数学模型,并在Simulink中搭建模块图进行验证。然后,为了分析机械臂关节力和力矩与雕刻工件之间的关系,采用拉格朗日法(Lagrange)建立动力学方程,该方法基于能量求解,不涉及关节运动与系统受力之间的约束,优于其它分析方法。其次,针对机械臂研究过程中,实验石材的无限浪费、机械臂的磨损、以及复杂的公式计算,故建立机械臂的物理仿真模型。本文主要搭建机械臂的SimMechanics物理模型,作为Simulink的子模块,SimMechanics继承了建模方便、仿真结果直观的特点;同时结合SolidWorks建立雕刻工件的3D模型,并在ADAMS软件中建立机械臂的虚拟样机,仿真分析机械臂的运动特性;为实现MATLAB与ADAMS两个软件之间数据传输,建立机械臂的联合仿真系统,简单方便地观察机械臂的运动效果。最后,在研究工作的基础之上,为解决实际加工中,机械臂在拐点和启停点等处出现加减速冲击和运动振动现象,提出对称组合正弦函数加减速控制的自适应NURBS曲线插补算法(S-A-NURBS),该方法将加减速控制和插补算法结合,有效降低了以上问题,提高了机械臂的加工精度,保证了平稳加工,降低了损耗。为验证文中方法的正确性,使用SimMechanics物理模型和ADAMS动态仿真模型进行验证,以及在实验室现有EPSON设备上验证算法的实用性。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP241

【参考文献】

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本文编号：2727889