纸箱码垛机器人多目标轻量化设计

发布时间：2024-06-02 21:05

　　码垛机器人是集机械、计算机控制、传感技术、人工智能等多学科为一体的一种智能化装备。它能集成在生产线上的任意段,实现产品的快速获取、搬运、装箱、堆垛、拆垛等作业。近几年,我国工业机器人技术的开发和研究达到了一定水平,码垛机器人技术也得到了快速的发展。码垛机器人的作业任务主要是依靠机械臂协作完成,因此,机械臂的性能对整个码垛机器人的工作性能有着非常重要的影响。目前机械臂设计主要依靠类比和经验的方法,经常面对的一个问题是结构笨重、材料富余量大,导致平台承载能力不强。结构优化技术因能在改善刚度、减轻重量的同时降低材料使用率,在机械臂结构设计中具有较大的研究价值。本文以纸箱码垛机器人为例,通过运动学仿真获取机械臂在工作中的受力特征,使用有限元技术确定关键零部件的轻量化空间,采用拓扑优化、多目标尺寸优化技术实现关键零部件的轻量化。本文的主要研究内容包括如下四部分:(1)建立码垛机器人的三维模型,对其进行动力学仿真,获取实际工作过程中的危险位置;(2)建立码垛机器人有限元模型,对其进行静动态特性分析,得到了码垛机器人关键零部件大臂和小臂的轻量化空间,为结构优化奠定基础;(3)对码垛机器人的大臂和小臂...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景与研究意义
    1.2 课题来源
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 码垛机器人研究现状
        1.3.2 码垛机器人结构轻量化研究现状
        1.3.3 拓扑优化研究现状
    1.4 研究内容与方法
第2章 基于ADAMS的码垛机器人动力学分析
    2.1 码垛机器人基本结构
    2.2 ADAMS软件简介
    2.3 建立机器人虚拟样机
        2.3.1 模型简化
        2.3.2 模型导入ADAMS
        2.3.3 约束与驱动
        2.3.4 模型运动极限位置的设定
    2.4 关键结构动力学分析
        2.4.1 大臂动力学分析
        2.4.2 小臂动力学分析
    2.5 本章小结
第3章 码垛机器人轻量化空间分析
    3.1 有限元基础
    3.2 ANSYS软件简介
    3.3 有限元模型的建立
        3.3.1 定义材料属性
        3.3.2 划分网格
        3.3.3 边界条件的设置
    3.4 静态特性分析
    3.5 本章小结
第4章 码垛机器人拓扑优化研究
    4.1 Hyperworks拓扑优化概述
    4.2 拓扑优化空间分析
    4.3 拓扑优化数学模型
    4.4 拓扑优化分析
    4.5 本章小结
第5章 码垛机械臂的多目标尺寸优化
    5.1 尺寸优化概述
    5.2 参数化建模
    5.3 灵敏度分析
    5.4 小臂多目标尺寸优化
        5.4.1 小臂的DOE试验设计
        5.4.2 小臂的响应面拟合
        5.4.3 小臂的多目标优化求解
    5.5 大臂的多目标尺寸优化
        5.5.1 多目标优化的数学模型
        5.5.2 多目标优化求解
    5.6 大臂与小臂结构优化设计结果分析与对比
    5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3987779