袋装水泥装车机器人机构研究

发布时间：2017-09-14 18:16

  本文关键词：袋装水泥装车机器人机构研究

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【摘要】：随着水泥生产的自动化和水泥包装机的自动化发展,迫切需要与之配套的自动袋装水泥装车设备,以提高效率、降低成本、减小污染。目前,国内外袋装水泥装车机器人的技术还尚未成熟,袋装水泥的快速装车已经成为水泥生产运输过程的瓶颈,在一定程度上制约着袋装水泥产业的发展。针对袋装水泥装车过程中质量大、速度快、污染严重等问题,结合机器人机构学相关理论,确定机器人的整体结构方案,提出一种基于并联机构的装车机械手,与吊装体机构、预整机构等结合构成袋装水泥装车机器人整机结构。对各部分的结构组成、功能进行详细的分析与设计,确定机械手结构尺寸参数。对并联机械手进行运动学和动力学分析。利用矢量法和坐标变换法建立机械手运动学模型,借助Kutzbach-Grubler公式进行机构自由度分析,得出机构位置、速度、加速度逆解解析表达式。利用Matlab中的fsolve函数得到机械手的数值正解。基于牛顿-欧拉法建立机械手的关节位移、速度、加速度与驱动力矩/力的关系。进行机械手机构的工作空间、奇异性和灵巧度分析。用极坐标边界搜索法,确定机械手的工作空间,并通过Matlab编程绘制机械手空间点云图和边界轮廓散点图,验证机械手工作空间的合理性。采用Gosselin和Angeles求解方法对机械手进行奇异性分析,根据Jacobian矩阵建立奇异性判别形式,得出其奇异临界条件。利用Jacobian矩阵的条件数指标分析机械手的灵巧度,得到其灵巧度的分布规律图,为结构的设计提供理论参考。基于虚拟样机技术,对机械手进行运动学与动力学仿真分析与应用。通过三维建模软件Solid Works建立机械手的虚拟模型,并将其导入到ADAMS软件中,得到相关仿真参数曲线,验证结构设计的合理性与实用性。最后,借助运动仿真参数曲线中显示的具体理论数据进行关键零部件型号的选取和设计。
【关键词】：袋装水泥 并联机器人 运动学 动力学 性能指标 运动仿真
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ172.68;TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 引言9-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题研究的背景10-11
• 1.2 袋装水泥装车机在国内外的发展现状11-16
• 1.3 高速重载型工业机器人16-20
• 1.3.1 高速重载型工业机器人概述16
• 1.3.2 高速重载型工业机器人在国内外的发展现状16-17
• 1.3.3 机器人机构的分类及特点17-19
• 1.3.4 袋装水泥装车机器人机构的选择19-20
• 1.4 课题研究的目的及意义20
• 1.5 课题研究的内容20-22
• 第2章 袋装水泥装车机器人总体方案设计22-29
• 2.1 袋装水泥装车机器人机械结构设计原则22-23
• 2.1.1 机器人装载水泥的具体特点22
• 2.1.2 装车机器人的设计原则22-23
• 2.2 机器人整体方案研究23-24
• 2.3 机器人总体结构研究24-28
• 2.3.1 吊装体机构24-25
• 2.3.2 预整机构25-26
• 2.3.3 装车机械手机构26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 装车机械手运动学与动力学分析29-42
• 3.1 装车机械手机构模型的建立与自由度分析29-30
• 3.2 装车机械手运动学分析30-35
• 3.2.1 运动学概述30
• 3.2.2 位置逆解分析30-32
• 3.2.3 位置正解分析32-33
• 3.2.4 速度分析33-34
• 3.2.5 加速度分析34-35
• 3.3 动力学分析35-41
• 3.3.1 动力学概述36
• 3.3.2 整体动力学方程36-39
• 3.3.3 动平台动力学方程39
• 3.3.4 支链动力学方程39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 装车机械手运动性能分析42-58
• 4.1 装车机械手工作空间分析42-47
• 4.1.1 工作空间的影响因素42-43
• 4.1.2 工作空间的求解43-45
• 4.1.3 工作空间的仿真与分析45-47
• 4.2 装车机械手奇异性分析47-54
• 4.2.1 奇异性的原理及研究方法48-49
• 4.2.2 奇异性的主要分类49-50
• 4.2.3 机构奇异性的分析50-54
• 4.3 装车机械手灵巧度分析54-57
• 4.3.1 灵巧度度量指标55-57
• 4.3.2 机构灵巧度的分析57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 装车机械手运动仿真及应用58-71
• 5.1 建立装车机械手仿真模型58-60
• 5.1.1 SolidWorks三维实体模型建立58-59
• 5.1.2 ADAMS虚拟样机建立59-60
• 5.2 装车机械手运动学仿真60-64
• 5.2.1 运动学仿真的实现60-63
• 5.2.2 仿真结果分析63-64
• 5.3 装车机械手动力学仿真64-68
• 5.3.1 动力学仿真的实现64-67
• 5.3.2 仿真结果分析67-68
• 5.4 装车机械手核心零部件的选型计算68-70
• 5.5 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 导师简介76
• 企业导师简介76-77
• 作者简介77-78
• 学位论文数据集78

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