串联机器人动力学特性及结构优化设计研究

发布时间：2024-12-23 23:02

　　工业机器人是智能制造的重要基石和关键支撑装备。随着产品质量和生产效率的提高,对工业机器人的运动平稳性和运动精度提出了更高的要求,针对工业生产对机器人工作性能的需求,掌握机器人动态特性变得非常重要,而轻量化、高速、高精度机器人的出现对机器人刚性提出更高的要求。因此,开展工业机器人动态性能的研究,对掌握机器人的刚度性能,提高整机的力学性能以及结构优化设计具有重大意义。本文以六自由度串联工业机器人为研究对象,采用理论与实验的方法对该机器人的动态特性进行了研究。首先,运用D-H参数法对工业机器人进行运动学建模,推导出机器人的运动学方程,并用MATLAB Robotic Toolbox工具箱进行理论公式的验证。采用线性的Spong模型来模拟关节柔性,采用假设模态法建立连杆柔性模型,基于Kane法建立了考虑关节柔性和大臂连杆柔性的刚柔耦合动力学模型,并在ADAMS中建立虚拟样机模型进行动力学仿真验证。同时,为掌握机器人的刚度特性,本文对机器人的关节传动件进行了刚度折算,进而得到折算后的关节刚度,为验证该分析方法的正确性,设计并进行了关节刚度辨识实验,该研究一方面反映了各传动件对关节柔性的贡献,另一方...

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 机器人动力学建模方法的研究现状
        1.2.2 机器人刚度辨识研究现状
        1.2.3 机器人模态分析研究现状
        1.2.4 机器人结构优化理论研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 机器人运动学与柔性动力学建模
    2.1 引言
    2.2 机器人运动学描述
        2.2.1 机器人位置和姿态描述
        2.2.2 平移和旋转坐标映射
        2.2.3 齐次坐标变换
    2.3 机器人运动学方程建立
        2.3.1 杆件参数的描述和杆件坐标系的建立
        2.3.2 连杆变换
        2.3.3 机器人运动学建模
    2.4 柔性动力学模型的建立
        2.4.1 凯恩方程的建立
        2.4.2 广义主动力和广义惯性力
        2.4.3 偏角速度与偏速度
        2.4.4 关节柔性动力学模型
        2.4.5 连杆柔性动力学模型
    2.5 动力学模型验证
    2.6 本章小结
第3章 机器人关节刚度辨识
    3.1 引言
    3.2 机器人关节刚度理论计算
        3.2.1 典型传动件刚度计算
        3.2.2 刚度换算方法
        3.2.3 机器人关节传动链分析
        3.2.4 机器人各关节刚度折算
    3.3 机器人关节刚度辨识实验
        3.3.1 关节刚度测量原理
        3.3.2 实验测量方案
        3.3.3 实验数据及拟合结果
    3.4 不同位姿下固有频率的计算
    3.5 本章小结
第4章 机器人模态及频域特性分析
    4.1 引言
    4.2 模态分析理论基础
    4.3 模态仿真分析
        4.3.1 三维模型的简化
        4.3.2 有限元模型的建立
        4.3.3 仿真结果及分析
    4.4 模态实验分析
        4.4.1 实验目的和条件
        4.4.2 实验测试原理
        4.4.3 实验测试方案
        4.4.4 实验数据处理及分析
    4.5 仿真与实验结果对比分析
    4.6 振动时频特性分析
    4.7 本章小结
第5章 结构优化设计
    5.1 引言
    5.2 DesignXplorer功能介绍
    5.3 优化模型的建立
        5.3.1 优化目标
        5.3.2 优化变量
        5.3.3 约束条件
        5.3.4 多目标优化模型的建立
    5.4 优化结果分析
    5.5 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：4019931