基于多方法协同的六自由度焊接机器人结构优化及参数标定

发布时间：2023-04-07 02:04

　　机器人精度和结构的合理性是机器人性能评价标准的重要因素。通过数字化手段对机器人进行动、静力学分析能够有效地查找出机器人的设计缺陷,再对设计缺陷结构进行优化改进不仅能够提高结构的合理性,还能在一定程度上提高机器人的精度。而机器人参数标定能消除机器人零件设计、制造以及装配过程中导致的绝大部分误差,从而实现机器人精度的大幅提高。本文采用ADAMS、ANSYS以及MATLAB等软件对某型号六自由度焊接机器人各结构件进行了动、静力学、模态分析以及进行多方法协同结构优化,在确保设计的合理性之后,分析了机器人的误差来源,并且建立了机器人误差辨识模型并且进行标定与补偿,提高了机器人的定位精度。主要结论如下:(1)分析了机器人各关节的结构以及传动方式,并在ADAMS中建立了数字样机。通过ADAMS进行动力学分析,获得机器人腕部、小臂、小臂固定座、大臂以及转座在转动过程中的受力曲线以及扭矩曲线,确定机器人各关节危险位置的关节角以及危险位置时的受力以及扭矩。(2)在ANSYS软件中建立机器人各构件的有限元模型,将机器人各关节处于危险位置时的受力以及扭矩作为约束,分别对机器人腕部、小臂、小臂固定座、大臂以及转...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 机器人数字样机与有限元仿真研究现状
        1.2.2 机器人结构优化研究现状
        1.2.3 机器人精度补偿研究现状
    1.3 本文研究的主要内容
第二章 机器人构件动力学分析
    2.1 动力学理论基础
        2.1.1 动力学方程的建立
        2.1.2 动力学方程的求解
    2.2 机器人结构分析
    2.3 机器人数字样机模型的建立
    2.4 机器人各组件动力学仿真分析
        2.4.1 腕部受力分析
        2.4.2 小臂受力分析
        2.4.3 小臂固定座受力分析
        2.4.4 大臂受力分析
        2.4.5 转座受力分析
    2.5 本章小结
第三章 机器人静力学及模态分析
    3.1 有限元分析的基本步骤
    3.2 基于ANSYS Workbench的机器人关键部件静力学分析
        3.2.1 腕部静力学分析
        3.2.2 小臂静力学分析
        3.2.3 小臂固定座静力学分析
        3.2.4 大臂静力学分析
        3.2.5 转座静力学分析
    3.3 模态分析简介
        3.3.1 模态分析理论基础
    3.4 Workbench模态分析
        3.4.1 腕部模态分析
        3.4.2 小臂模态分析
        3.4.3 小臂固定座模态分析
        3.4.4 大臂模态分析
        3.4.5 转座模态分析
        3.4.6 模态结果分析
    3.5 本章小结
第四章 主要零件结构优化
    4.1 形状优化
    4.2 参数优化
        4.2.1 关联度分析
        4.2.2 岭回归模型
        4.2.3 多目标优化求解
        4.2.4 小臂模型优化
        4.2.5 模型预测结果检验
    4.3 拓扑优化
        4.3.1 变密度法拓扑优化建模
        4.3.2 大臂拓扑优化
        4.3.3 其他主要零件拓扑优化
    4.4 优化后构件模态分析
    4.5 本章小结
第五章 机器人参数自标定
    5.1 机器人误差来源
    5.2 机器人运动学建模
        5.2.1 D-H模型
        5.2.2 误差模型的建立
        5.2.3 机器人模型参数
    5.3 参数辨识
    5.4 PSO算法误差辨识
        5.4.1 粒子群赋初值
        5.4.2 适应度函数
        5.4.3 粒子群位置更新
        5.4.4 粒子群迁移终止条件
    5.5 仿真与实验
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果



本文编号：3784868