轮毂搬运机器人设计及控制系统研究

发布时间：2017-10-01 12:24

  本文关键词：轮毂搬运机器人设计及控制系统研究

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【摘要】：随着工业自动化的飞速发展,机器人越来越多的应用于现代工业生产中,本文针对江苏某车轮轮毂加工厂的轮毂加工生产线,轮毂毛坯在不同工作台间进行加工时,目前仍然采用人工进行搬运的方法,为其研制一种搬运机器人,能够实现轮毂在加工过程中各工作台和传送带间转换时的自动搬运,降低了轮毂的生产成本,提高了产品质量和生产效率。本文首先针对轮毂这一搬运对象的结构和特点,对机器人的各关节部件和整体结构进行分析研究,设计了机器人各机构及整体的尺寸和造型,并利用SolidWorks对其进行三维造型设计,在此基础上,为了验证其机构设计的合理性,利用ANSYS Workbench对机器人运动过程中的关键受力部位做了有限元分析,得到其位移和应力云图,并做了相应的修改和调整。对机器人进行运动学仿真研究。在确定机器人整体结构的基础上,建立机器人的D-H坐标系,得到其总变换矩阵,即运动学正解,再通过运动学逆解,得到机器人各关节变量表达式。并利用仿真软件MATLAB对机器人的结构进行建模,对其进行仿真,通过仿真得到各关节的位移—时间曲线,进一步验证了机械手结构设计的合理性。对机器人驱动方式进行分析研究。为了保证负载和运动的稳定性,采用液压驱动方式,根据机器人的整体结构特点,设计其液压驱动系统,给出了液压系统原理图,在此基础上利用仿真软件AMESim 对液压系统各马达及液压缸的动态特性进行仿真,得到相应的时间曲线,验证液压系统工作的稳定性,并就液压系统仿真本身做了改进,从而保证液压系统设计的正确性和可靠性。最后,针对传统工业机器人专用控制器维修困难,成本高,编程较难,工人不易掌握等缺点以及工厂现有设备的条件下,对基于PLC的机器人控制系统进行研究。采用三菱FX2N系列PLC,根据控制的需要,设计了PLC控制系统的硬件系统,分析了机器人在一个周期内的工作流程,并针对该流程设计了控制系统的PLC梯形图程序,设计了搬运机器人的控制系统,完成对机器人的控制。
【关键词】：轮毂搬运机器人 结构设计 SolidWorks建模 运动学仿真 液压系统 控制系统
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 工业搬运机器人发展概况14-17
• 1.1.1 搬运机器人国外研究现状14-15
• 1.1.2 搬运机器人国内研究现状15-17
• 1.2 基于PLC的机器人控制系统应用现状17-18
• 1.3 本课题主要研究内容18
• 1.4 课题研究意义18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 2 搬运机器人结构设计及有限元分析20-32
• 2.1 引言20-21
• 2.2 整体方案设计21-24
• 2.2.1 机器人坐标系21-22
• 2.2.2 机器人驱动系统22-23
• 2.2.3 机器人整体结构设计23-24
• 2.3 机器人机械机构设计24-28
• 2.3.1 手部设计24-25
• 2.3.2 回转机构设计25-26
• 2.3.3 伸缩及导向机构设计26-27
• 2.3.4 升降及导向机构设计27
• 2.3.5 整体结构设计27-28
• 2.4 有限元分析28-31
• 2.4.1 手指28-30
• 2.4.2 手指架30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 机器人运动学分析32-46
• 3.1 位姿和坐标描述32-34
• 3.1.1 位姿描述32-33
• 3.1.2 坐标变换33-34
• 3.2 运动学求解与分析34-40
• 3.2.1 D-H坐标简介34-37
• 3.2.2 机器人D-H坐标系的建立37-38
• 3.2.3 机器人运动学正、逆解38-40
• 3.3 MATLAB仿真40-43
• 3.4 本章小结43-46
• 4 液压系统设计与分析46-62
• 4.1 液压系统原理图设计46-48
• 4.1.1 机器人液压系统的基本组成46-47
• 4.1.2 液压系统基本回路确定47-48
• 4.2 液压系统设计计算与选型48-51
• 4.2.1 液压缸的载荷计算49
• 4.2.2 液压缸主要结构尺寸的验算49-50
• 4.2.3 液压系统负载流量计算50
• 4.2.4 液压泵和电机的选型50-51
• 4.3 AMESIM仿真51-60
• 4.3.1 AMESim简介51-52
• 4.3.2 液压系统AMESim建模52-55
• 4.3.3 液压系统AMESim仿真与分析55-59
• 4.3.4 液压系统AMESim仿真系统改进59-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5 机器人PLC控制系统研究62-76
• 5.1 PLC简介62-64
• 5.1.1 PLC的工作原理62-63
• 5.1.2 PLC的硬件组成63-64
• 5.1.3 FX系列PLC的编程器件64
• 5.2 机器人控制系统设计64-67
• 5.2.1 机器人的工作流程64-65
• 5.2.2 控制系统硬件设计65-66
• 5.2.3 PLC的I/O配置66-67
• 5.3 PLC控制程序设计67-74
• 5.4 本章小结74-76
• 6 总结与展望76-78
• 6.1 总结76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 作者简介及读研期间主要科研成果84

【参考文献】

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本文编号：953455