码垛机器人结构的分析与研究

发布时间：2017-06-29 06:15

  本文关键词：码垛机器人结构的分析与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：如今,随着人口老龄化加重以及人们的知识水平提高,像码垛这样的体力劳动已经越来越少的人关注,加之,工厂中现代化设备比重加大,要求码垛的速度要适应生产的需要,以提高生产效率节约生产成本,所以码垛机器人用于工厂企业作业,不但可以提高效率,而且还可以节约厂区空间。对于日本、欧洲、美国等工业发达国家,机器人的研究已经具有很高的水平,我国虽然起点较早,但是由于受限于当时的社会环境以及人才的匮乏,一直没有取得突破性的进展,直到上个世纪90年代,才逐渐取得政府支持,研究学者也逐渐增多,所以发展水平还不高。但是,中国作为世界制造大国,对于现代化产业生产至关重要,所以研究码垛机器人,提高其生产性能具有重要的意义。本文设计了四自由度码垛机器人,分析其特点。主要对其运动学、动力学进行了分析,并进行了相应的仿真,研究了码垛机器人的速度、加速度、力矩等性能要求。本文主要从以下几个方面进行研究:首先,通过对码垛机器人的结构模型的设计,研究了各个关节、机构的作用,然后根据码垛机器人的参数要求,对机器人的传动机构选择,对几种电机以及减速机的性能进行了分析,并根据本文设计要求,对电机以及减速器进行了选择。从机器人的运动学正解、运动学逆解及雅可比矩阵的求解对码垛机器运动学进行了分析,并对码垛机器人的运动空间进行了分析及其仿真,通过MATLAB中的Robotic toolbox工具箱对码垛机器人的运动学进行了仿真。利用建立牛顿-欧拉方程的方法,对码垛机器人动力学进行了仿真,给出了机器人的速度、加速度以及各机构力矩表达式,并根据参数要求,计算出各个机构的力矩。采用有限元法对码操机器人关键零部件进行瞬态动力学和静力学分析,校核关键零部件的强度与刚度,是否符合安全性。码垛机器人工作性能同自身机械构造、灵活程度、活动范围等有着重要关联,整体质量较大,将会给其活动范围及灵活程度带来不良影响。现阶段,相关领域应用较为广泛的码垛机器人大部分包含有2个并联平行四边形结构,该结构能够替代传统的腕部电机,不仅能够减少控制关节数目,此外还能获得良好的平衡效果,可是其前后大臂及小臂含有的四边形结构不利于末端执行机构活动范围的扩展;此外四连杆机构使得其自身构造较为复杂,不利于整体灵活性的提升,如此也会降低运行效率。
【关键词】：码垛机器人 运动学 动力学
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究的背景以及意义9-10
• 1.2 机器人国内外发展概况10-16
• 1.2.1 机器人国外发展现状10-14
• 1.2.2 机器人国内发展现状14-16
• 1.3 码垛机器人机构研究现状16-17
• 1.4 论文结构与主要内容17-19
• 第2章 码垛机器人总体结构设计19-29
• 2.1 码垛机器人性能参数设计19
• 2.2 结构设计19-21
• 2.3 驱动电机与减速器的计算与选择21-28
• 2.3.1 驱动方式的选择21-23
• 2.3.2 减速器种类的选择23-24
• 2.3.3 电机与减速器型号计算与选择24-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 码垛机器人运动学分析29-42
• 3.1 利用D-H法建立机器人连杆坐标系29-31
• 3.1.1 D-H矩阵组成29-30
• 3.1.2 连杆参数30
• 3.1.3 连杆坐标系中变换矩阵的确定30-31
• 3.2 机器人运动学分析31-33
• 3.3 机器人逆运动学分析33-34
• 3.4 机器人的雅可比矩阵34-37
• 3.5 运动空间分析以及仿真37-39
• 3.6 码垛机器人运动学仿真39-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 码垛机器人动力学分析42-49
• 4.1 牛顿-欧拉方程理论概述42-46
• 4.1.1 惯性张量42-43
• 4.1.2 牛顿-欧拉方程43-44
• 4.1.3 速度和加速度的计算44-45
• 4.1.4 牛顿-欧拉递推算法公式45-46
• 4.2 码垛机器人的动力学方程式推导46-47
• 4.3 各关节的驱动计算47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 码垛机器人关键零件静力学分析和瞬态动力学分析49-62
• 5.1 有限元分析基础49-51
• 5.1.1 结构分析的有限元方法介绍49-50
• 5.1.2 软件介绍50-51
• 5.2 码垛机器人关键机构静力学分析51-57
• 5.2.1 小臂静力学分析51-54
• 5.2.2 基座静力学分析54-56
• 5.2.3 码垛机器人销轴静力学分析56-57
• 5.3 码垛机器人瞬态动力学分析57-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 结论62-64
• 参考文献64-66
• 在学研究成果66-67
• 致谢67

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