基于SINOVATION的工业机器人设计平台关键技术研究

发布时间：2017-09-11 06:46

  本文关键词：基于SINOVATION的工业机器人设计平台关键技术研究

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【摘要】：工业机器人已经广泛应用在自动化生产线中,极大地提高了生产效率。作为一种复杂的机电产品,工业机器人的作业种类繁多,其相关的各种性能指标也具有多样性。在对工业机器人这种复杂机电产品进行结构设计及运动学、动力学、静力学分析等过程中,缺少一个专业的数字化设计平台。因此,本文对与工业机器人设计平台设计和实现有关的部分关键技术进行了研究,并开发了相应的功能模块,对于提高机器人的设计效率具有重要的意义。本文首先基于D-H方法建立了六自由度工业机器人的运动学数学模型,通过齐次变换矩阵推导出机器人运动学正解,利用分离变量法推导了逆运动学方程得到逆解的解析解。针对多组逆解情况,对运动学逆解进行了分组并引入关节配置编号,提高了逆运动学求解的计算效率。其次,建立了工业机器人平台模型库。基于参数化建模技术在SINOVATION中实现了常见类型的工业机器人三维CAD快速建模,并建立了机器人的三维模型库；深入分析了基于多领域统一建模语言Modelica的多体动力学建模原理,并且基于该语言建立了串联、并联和搬运码垛机器人的多体动力学模型。为工业机器人平台的快速建模模块及动力学仿真模块奠定了基础。第三,提出了基于参数映射的SINOVATION/Modelica模型集成方法。分析了CAD模型与基于Modelica语言的多体动力学模型的信息构成,研究了两类模型的信息提取技术,通过SINOVATION与Modelica模型的参数映射技术实现了SINOVATION与Modelica的集成,为机器人的多体动力学分析及后续的诸如电机选型等设计过程提供了基础。最后,通过C++语言开发了对应的模块,实现了工业机器人设计平台的相关功能。通过串联机器人实例验证了平台相关功能的可行性和实用性。
【关键词】：工业机器人 设计平台 集成 Modelica 快速建模
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242.2
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 数字化设计平台研究现状13-15
• 1.3 平台关键技术研究现状15-17
• 1.4 研究目的和意义17
• 1.5 论文的研究内容17-20
• 第2章 六自由度工业机器人运动学研究20-36
• 2.1 运动学分析20-29
• 2.1.1 连杆坐标系20-22
• 2.1.2 运动学正解22-25
• 2.1.3 运动学逆解25-29
• 2.2 运动学逆解多解问题处理29-34
• 2.2.1 运动学逆解分析29-30
• 2.2.2 逆解分组30-32
• 2.2.3 逆解求解流程32-34
• 2.3 本章小结34-36
• 第3章 工业机器人设计平台模型库设计36-52
• 3.1 基于参数化技术的工业机器人三维CAD快速建模36-44
• 3.1.1 参数化与变量化造型技术概述36-37
• 3.1.2 工业机器人三维CAD快速建模方法37-42
• 3.1.3 工业机器人模型库建立与管理42-44
• 3.2 基于Modelica语言的机器人动力学建模44-51
• 3.2.1 Modelica语言简介44-45
• 3.2.2 Modelica多体模型库45-46
• 3.2.3 多体动力学建模原理46-47
• 3.2.4 机器人多体动力学模型库47-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第4章 SINOVATION/Modelica集成技术52-64
• 4.1 基于Modelica语言的多体动力学模型信息提取技术52-56
• 4.1.1 多体动力学模型信息的构成52-55
• 4.1.2 多体动力学模型信息的提取55-56
• 4.2 SINOVATION模型信息提取技术56-59
• 4.2.1 CAD模型信息的构成56-57
• 4.2.2 SINOVATION模型信息的提取57-59
• 4.3 基于参数映射的SINOVATION/Modelica集成59-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 平台实例分析64-74
• 5.1 快速建模64-65
• 5.2 运动学仿真65-68
• 5.3 动力学分析68-73
• 5.4 本章小结73-74
• 总结与展望74-76
• 总结74-75
• 展望75-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-83
• 学位论文评阁及答辩情况表83

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本文编号：829226