复合剪叉式工业机械臂的结构设计与分析

发布时间：2017-05-15 18:22

  本文关键词：复合剪叉式工业机械臂的结构设计与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：关节式工业机器人作为一种多自由度运动的自动化设备,长期以来备受国内外企业的青睐。然而,其自身却存在着一些值得改进的地方。一方面,关节式工业机器人手臂的运动速度及工作半径有较大的提升空间,以此可以进一步提高机器人的工作效率。另一方面,关节式工业机器人的成本、手臂重量及其对减速器的依赖程度有较大的降低空间。因此,如何完善传统关节式工业机器人,使其保留原有的优势并发挥更大的作用,应作为工业机器人技术发展的方向。综合考虑上述工业机器人需要改进的各个方面,提出一种新型复合剪叉式工业机械臂,以代替传统工业机器人的上臂和下臂。剪叉式机构属于可展结构的范畴,其具有运动单元模块化、空间伸展性强、稳定性高、结构简单、刚度高、稳定性好、成本低廉等特点,并在航天航空、工程和生活领域中有着广泛的应用。1.根据所获取的设计要求和性能参数确定复合剪叉式工业机械臂的运动功能方案。根据运动方案确定出机械臂的基本结构型式,即对其进行选型。最后,根据选型画出机构的运动简图。2.对复合剪叉式工业机械臂结构设计与分析。本文研究的复合剪叉式工业机械臂的结构设计部分主要包括剪叉单元结构设计与分析以及复合剪叉式机构(臂部)的结构设计。具体过程为,先进行剪叉单元结构设计与分析,然后进行复合剪叉式机构的设计,最后进行虚拟装配与检查。3.对复合剪叉式工业机械臂进行运动学理论分析,其包括正运动学分析和逆运动学分析。应用ADAMS软件对其进行仿真验证与分析。通过运动学分析可以获知复合剪叉式工业机械臂的运动规律以及驱动源的性能参数。4.应用ansys分析软件对机械臂的复合剪叉式机构进行精确的有限元静力学及模态分析。通过静力学分析,得出复合剪叉式机构在25kg外载荷作用情况下的应力、应变分布情况以及最大受力部分(即最危险区域),并进行结构优化设计。通过模态分析,得出避免结构发生共振现象的设计方案。
【关键词】：复合剪叉式工业机械臂 结构设计 静力学分析 动力学分析
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 课题来源13
• 1.2 研究背景及意义13-14
• 1.3 国内外研究现状及分析14-18
• 1.3.1 工业机器人研究现状14-15
• 1.3.2 剪叉式机构研究现状15-18
• 1.4 主要研究内容18-21
• 1.4.1 复合剪叉式工业机械手组成18-19
• 1.4.2 剪叉式机构的结构类型介绍19-20
• 1.4.3 课题主要研究内容20-21
• 1.5 本章小结21-23
• 第二章 复合剪叉式工业机械臂的总体方案设计23-33
• 2.1 需求分析与研究目标23
• 2.2 复合剪叉式工业机械臂设计的关键创新点及难点23-26
• 2.2.1 解决的关键问题23-25
• 2.2.2 复合剪叉式工业机械臂的创新点25-26
• 2.3 复合剪叉式工业机械臂的方案设计26-32
• 2.3.1 剪叉单元的方案设计26-27
• 2.3.2 剪叉式机构的方案设计27-28
• 2.3.3 传动机构的方案设计28-30
• 2.3.4 复合剪叉式工业机械臂其他机构的方案设计30-32
• 2.4 虚拟检查32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 复合剪叉式工业机械臂的结构设计与分析33-53
• 3.1 机械系统机构分析33-37
• 3.2 剪叉式机构结构设计37-42
• 3.2.1 滚珠轴承设计38-41
• 3.2.2 中间连接件设计41-42
• 3.3 传动机构结构设计42-46
• 3.3.1 直线模组结构设计42-45
• 3.3.2 直线导轨设计45-46
• 3.4 锥齿齿轮箱结构设计46-49
• 3.5 伺服电机选型49-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 复合剪叉式工业机械臂运动学与动力学分析53-67
• 4.1 剪叉式机构运动学分析53-58
• 4.1.1 建立剪叉式机构空间坐标系53-54
• 4.1.2 正运动学分析54-56
• 4.1.3 逆运动学分析56-58
• 4.2 基于ADAMS软件的剪叉式工业机械臂虚拟样机建立58-61
• 4.2.1 虚拟样机技术及多体动力学58
• 4.2.2 几何模型的创建58-59
• 4.2.3 定义约束及运动59-60
• 4.2.4 施加载荷60-61
• 4.3 复合剪叉式工业机械臂的仿真分析61-64
• 4.3.1 电机以恒转速驱动61-63
• 4.3.2 复合剪叉式工业机械臂恒速展开63-64
• 4.4 本章小结64-67
• 第五章 复合剪叉式机构力学性能分析67-77
• 5.1 有限元法及ANSYS简介67-68
• 5.1.1 有限元法67
• 5.1.2 ANSYS简介67-68
• 5.2 复合剪叉式机构静力学分析68-72
• 5.3 复合剪叉式机构模态分析72-76
• 5.3.1 模态分析理论72
• 5.3.2 剪叉式机构模态分析72-76
• 5.4 本章小结76-77
• 结论和展望77-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士期间发表的论文83-86
• 致谢86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谭民;王硕;;机器人技术研究进展[J];自动化学报;2013年07期

2 石晓宇;于缤峰;;剪叉式升降台可靠性试验方法[J];起重运输机械;2013年05期

3 胡迟;;加快制造业转型升级的战略举措[J];经济纵横;2013年01期

4 刘树青;王兴松;朱正龙;;一种剪式可展结构设计与动力学分析[J];机械设计;2011年10期

5 张宇琛;赵继云;卢宁;徐展;周峰;封艳秋;;剪叉式液压升降台[J];液压与气动;2011年05期

6 李宇剑;巢明;;我国工业机器人产业现状与发展战略探讨[J];制造业自动化;2010年15期

7 郭凯;潘存云;张湘;邓豪;;平面剪叉式机构通用运动学模型的建立与分析[J];机械设计与研究;2010年06期

8 於又玲;刘明春;曾志钢;何再龙;赵娜;;剪叉式升降机液压系统的设计[J];液压与气动;2008年11期

9 顾毅;翁新华;杨汝清;;接力式驱动绝缘升降平台的设计及应用研究[J];机器人;2007年04期

10 胡小舟;胡军科;何国华;;剪叉式举升机构建模及关键参数的研究[J];机械研究与应用;2006年04期

  本文关键词：复合剪叉式工业机械臂的结构设计与分析，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：368537