可控码垛机器人机构设计及考虑运动副间隙的动静态性能研究
发布时间：2021-02-18 22:12
现有的码垛机器人以串联式为主,该类型机器人以工作灵活、工作空间大且成本较低而著称。但串联式结构要求将驱动电机安装在关节处,同时会增大机械臂整体质量和转动惯量,导致末端执行器发生振动;且串联式结构易于积累关节误差,不适用于精度较高的码垛工作。本文基于串联式码垛机器人在实际生产中的局限性,结合可控式机构和并联机构的理念,设计出一种新型码垛机器人,考虑将大多数驱动元件安装在机架上,不仅能减少机械臂自身负载,还可以改善整体力学性能,并为提高码垛机器人动静态性能提供一种设计思路。本文从以下几个方面展开研究工作:（1）基于开放副闭合法对码垛机器人进行型综合研究。从所得的40种运动链图中筛选出优选方案;以提高承载能力和运动精度为目的,对所得的构型进行改进,进而设计出一种新型可控码垛机器人;通过绘制环路模块图和计算自由度,验证设计的合理性。（2）对所设计的码垛机器人进行运动学分析。首先运用D-H法求解机器人的位姿正、逆解;其次采用复数向量法推导机器人的速度正、反解;随后采用MATLAB遍布法绘制机器人的理论工作空间;最后针对运动副间隙对机构运动学的影响进行分析,基于改进的粒子群算法,提出一种误差补偿方...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１?＿?１码蛛机器人??Ｆｉｇ．?１－１?Ｐａｌｌｅｔｉｚｉｎｇ?ｒｏｂｏｔ??
广西大学专业■项士学位论文?可控码操机器人机构ｉｓ：计及考虑运动副间隙的动静态ｔ生能研究??设计而成的一种新型码垛机器人，该机器人结构紧凑，占地面积小，工作灵敏度高，可??实现较为复杂的运动输出，但是承载能力不足，执行末端易产生振动，致使精度不佳。??由以上分析可知，码垛机器人运动过程包括在水平面做伸缩运动、在竖直面做升降运动、??末端抓手调整姿态时的旋转运动以及旋转机架的运动。则至少需要４个自由度方能保证??码垛机器人完成既定工作。设计主构型时，至少需要２个自由度。??￥??ｇＨＢ??Ｉ??Ａ??图２－１串联式码垛机器人??Ｆｉｇ．?２－１?Ｐａｌｌｅｔｉｚｉｎｇ?ｒｏｂｏｔ?ｗｉｔｈ?ｓｅｒｉｅｓ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??２．３新型码垛机器人主构型的型综合研究??２．３．１构型设计要求??（１）为了提高末端承载能力和机构稳定性，需要将该机构设计为闭环式；??（２）根据工程机械实际要求，若将电机安装在驱动关节上会加大转动惯量，增大??末端振动幅度，故需要尽可能把驱动件安装在机架上或降低驱动元件的水平高度；??（３）为保证机构的可靠性，同时降低制造、装配难度以及能量损耗，设计机构时??拟采用低副连接；??（４）在满足工作要求的前提下，为了降低加工成本和结构复杂程度，首选构件数目??较少的机构。??２．３．２连杆类配方案??连杆类配是指在保证自由度不变的前提下，以原始运动链为基础，推导出与其具有??相同杆数和运动副数的运动链方案？。现以连杆类配方案为基础，通过闭合开放副的方??法对码垛机器人进行构型综合研宄。??１０??
；当开放副相互连接时，两开放副元素构成一完整运动副，记??为闭合运动副，用记号“。”表示；记两开放副之间所包含的线段数目为其边数，用阿拉??伯数字表示。此外，为保证机构的可靠性且降低制造、装配难度以及能量损耗，在主构??型中只考虑低副连接。在工程实际中，为提髙执行器承载能力和工作稳定性，需将机构??设计为闭环结构，即所有的开放运动副均需要闭合，且同一多副杆上开放运动副均视为??等效。??现以连杆类配方案ＶＩ为例进行分析，在此方案下杆件分布如下图所示：??／／／／／／?／?傘攀??图２－２连杆类配方案ＶＩ对应的杆件??Ｆｉｇ．?２－２?Ｌｉｎｋｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍｅ?ＶＩ??经计算，￡２＝１４，晃＝３，尽＝５，则尽－￡３－￡５＝６。需要先把二副杆两两闭合??以减少６个开放运动副，然后再与多副杆相连以形成封闭的运动链。闭合后二副杆中含??有杆件的数目如下表所示：??表２－２开放副闭合后二副杆中杆件数目表??Ｔａｂｌｅ?２－２?Ｔｈｅ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｌｉｎｋｓ?ｉｎ?ｔｗｏ－ｐａｉｒ?ｌｉｎｋ?ａｆｔｅｒ?ｃｌｏｓｅｄ－ｐａｉｒ??二副杆中杆??数?Ｋ?Ｋ＇?Ｋ２?Ｋ，?Ｋ４??方案??????１２?１１０??２?２?０?０?１??３?０?２?１０??其中尤，表示为二副杆中含有的杆件数目为／。??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]计及间隙的运动副和机械系统动力学的研究进展[J]. 阎绍泽,向吴维凯,黄铁球. 北京大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]含间隙运动副机构的动力学特性研究[J]. 王旭鹏,刘更,马尚君. 振动与冲击. 2016(07)
[3]间隙系统动力学研究进展[J]. 王斌,李梦奇,庾辉,李吉肖. 机床与液压. 2015(13)
[4]运动副间隙引起的并联机器人误差及其补偿[J]. 余跃庆,田浩. 光学精密工程. 2015(05)
[5]基于有限元法的码垛机器人模态分析[J]. 田美子,何芳,王殿东. 机床与液压. 2015(09)
[6]码垛机器人结构设计与模态分析[J]. 王占军,赵玉刚,刘新玉,蔡天赐. 机械设计与制造. 2014(08)
[7]基于功能分析的新型装载机构型综合研究[J]. 蔡敢为,潘宇晨,王红州,戴建生. 机械工程学报. 2014(11)
[8]基于刚柔耦合的液压挖掘机机械臂非线性动力学研究[J]. 王相兵,童水光. 振动与冲击. 2014(01)
[9]精英粒子群优化算法及其在机器人路径规划中的应用[J]. 颜雪松,胡成玉,姚宏,伍庆华. 光学精密工程. 2013(12)
[10]关节型码垛机器人的工作空间分析[J]. 张明,何庆中,王志鹏,郭帅,段朋. 组合机床与自动化加工技术. 2013(07)
博士论文
[1]考虑运动副间隙的平面并联机构动力学与控制研究[D]. 宋振东.哈尔滨工业大学 2017
[2]考虑铰间间隙的机构动力学特性研究[D]. 白争锋.哈尔滨工业大学 2011
[3]液压柔性臂的动力学及控制研究[D]. 李光.中南大学 2003
硕士论文
[1]基于刚—柔耦合模型的液压挖掘机动力学仿真研究[D]. 徐素霞.延边大学 2013
本文编号：3040166
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１?＿?１码蛛机器人??Ｆｉｇ．?１－１?Ｐａｌｌｅｔｉｚｉｎｇ?ｒｏｂｏｔ??
广西大学专业■项士学位论文?可控码操机器人机构ｉｓ：计及考虑运动副间隙的动静态ｔ生能研究??设计而成的一种新型码垛机器人，该机器人结构紧凑，占地面积小，工作灵敏度高，可??实现较为复杂的运动输出，但是承载能力不足，执行末端易产生振动，致使精度不佳。??由以上分析可知，码垛机器人运动过程包括在水平面做伸缩运动、在竖直面做升降运动、??末端抓手调整姿态时的旋转运动以及旋转机架的运动。则至少需要４个自由度方能保证??码垛机器人完成既定工作。设计主构型时，至少需要２个自由度。??￥??ｇＨＢ??Ｉ??Ａ??图２－１串联式码垛机器人??Ｆｉｇ．?２－１?Ｐａｌｌｅｔｉｚｉｎｇ?ｒｏｂｏｔ?ｗｉｔｈ?ｓｅｒｉｅｓ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??２．３新型码垛机器人主构型的型综合研究??２．３．１构型设计要求??（１）为了提高末端承载能力和机构稳定性，需要将该机构设计为闭环式；??（２）根据工程机械实际要求，若将电机安装在驱动关节上会加大转动惯量，增大??末端振动幅度，故需要尽可能把驱动件安装在机架上或降低驱动元件的水平高度；??（３）为保证机构的可靠性，同时降低制造、装配难度以及能量损耗，设计机构时??拟采用低副连接；??（４）在满足工作要求的前提下，为了降低加工成本和结构复杂程度，首选构件数目??较少的机构。??２．３．２连杆类配方案??连杆类配是指在保证自由度不变的前提下，以原始运动链为基础，推导出与其具有??相同杆数和运动副数的运动链方案？。现以连杆类配方案为基础，通过闭合开放副的方??法对码垛机器人进行构型综合研宄。??１０??
；当开放副相互连接时，两开放副元素构成一完整运动副，记??为闭合运动副，用记号“。”表示；记两开放副之间所包含的线段数目为其边数，用阿拉??伯数字表示。此外，为保证机构的可靠性且降低制造、装配难度以及能量损耗，在主构??型中只考虑低副连接。在工程实际中，为提髙执行器承载能力和工作稳定性，需将机构??设计为闭环结构，即所有的开放运动副均需要闭合，且同一多副杆上开放运动副均视为??等效。??现以连杆类配方案ＶＩ为例进行分析，在此方案下杆件分布如下图所示：??／／／／／／?／?傘攀??图２－２连杆类配方案ＶＩ对应的杆件??Ｆｉｇ．?２－２?Ｌｉｎｋｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍｅ?ＶＩ??经计算，￡２＝１４，晃＝３，尽＝５，则尽－￡３－￡５＝６。需要先把二副杆两两闭合??以减少６个开放运动副，然后再与多副杆相连以形成封闭的运动链。闭合后二副杆中含??有杆件的数目如下表所示：??表２－２开放副闭合后二副杆中杆件数目表??Ｔａｂｌｅ?２－２?Ｔｈｅ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｌｉｎｋｓ?ｉｎ?ｔｗｏ－ｐａｉｒ?ｌｉｎｋ?ａｆｔｅｒ?ｃｌｏｓｅｄ－ｐａｉｒ??二副杆中杆??数?Ｋ?Ｋ＇?Ｋ２?Ｋ，?Ｋ４??方案??????１２?１１０??２?２?０?０?１??３?０?２?１０??其中尤，表示为二副杆中含有的杆件数目为／。??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]计及间隙的运动副和机械系统动力学的研究进展[J]. 阎绍泽,向吴维凯,黄铁球. 北京大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]含间隙运动副机构的动力学特性研究[J]. 王旭鹏,刘更,马尚君. 振动与冲击. 2016(07)
[3]间隙系统动力学研究进展[J]. 王斌,李梦奇,庾辉,李吉肖. 机床与液压. 2015(13)
[4]运动副间隙引起的并联机器人误差及其补偿[J]. 余跃庆,田浩. 光学精密工程. 2015(05)
[5]基于有限元法的码垛机器人模态分析[J]. 田美子,何芳,王殿东. 机床与液压. 2015(09)
[6]码垛机器人结构设计与模态分析[J]. 王占军,赵玉刚,刘新玉,蔡天赐. 机械设计与制造. 2014(08)
[7]基于功能分析的新型装载机构型综合研究[J]. 蔡敢为,潘宇晨,王红州,戴建生. 机械工程学报. 2014(11)
[8]基于刚柔耦合的液压挖掘机机械臂非线性动力学研究[J]. 王相兵,童水光. 振动与冲击. 2014(01)
[9]精英粒子群优化算法及其在机器人路径规划中的应用[J]. 颜雪松,胡成玉,姚宏,伍庆华. 光学精密工程. 2013(12)
[10]关节型码垛机器人的工作空间分析[J]. 张明,何庆中,王志鹏,郭帅,段朋. 组合机床与自动化加工技术. 2013(07)
博士论文
[1]考虑运动副间隙的平面并联机构动力学与控制研究[D]. 宋振东.哈尔滨工业大学 2017
[2]考虑铰间间隙的机构动力学特性研究[D]. 白争锋.哈尔滨工业大学 2011
[3]液压柔性臂的动力学及控制研究[D]. 李光.中南大学 2003
硕士论文
[1]基于刚—柔耦合模型的液压挖掘机动力学仿真研究[D]. 徐素霞.延边大学 2013
本文编号：3040166
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3040166.html
