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六自由度并—串结构工业机器人的设计

作　者: 郭伦
导　师: 梁辉
学　校: 青岛科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 少自由度 并-串结构 工业机器人 工作空间 仿真
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


机器人是当今世界各国研究的热点,机器人技术是集计算机技术、机电一体化、机械设计、控制理论等于一体的一门技术。而仿人机器人是机器人研究领域中的个最为活跃的方向。其中的工业机器人又是仿人机器人中的重要组成部分。起初的一些机械手都是串联结构形式的,但是这种机构一般是刚度差、运动支链较长、累积误差等缺点,并且工作精度也有限,仅仅这种结构形式不能很好的适应高精尖技术发展的需要。恰巧相反,慢慢发展而来的并联机构具有刚度好,误差积累很小、运动链封闭、运动精度高等优点。基于这种机构,本文设计和研究一种新的机械手机构,即为一种新的六自由度并-串结构的工业机器人。本文是以少自由度的3.RPS空间并联机器人为对象,基于人类的手臂运动形式,构造的一种新的并-串结构的机械手臂。该机构具有运动精度高,承载能力强,运动灵活,工作空间大,较好的工作姿态能力等特点。特别适用于狭小地域空间,姿态能力要求较高的场合。通过对多种不同形式结构的并联机构的研究,提出一种新的六自由度并-串结构的工业机器人。对这种新的结构进行详细的设计,得出其结构的工程图。研究了3.RPS空间并联机构的正反解,进一步推导出该两层并联机构的反解和正解的求解方法。利用位姿的求解然后结合虚拟机构影响系数法进一步研究了机构的速度和加速度问题,并且得出了相关方程。根据该机构的尺寸参数利用极坐标搜索法得出了单层机构的工作空间边界图形,利用位置正解和蒙特卡洛法对整体机构工作空间的求解进行了分析。最后对机构进行了受力分析,并且得出了多个平衡方程。利用三维软件ProE对该机构进行详细的建模和装配,得出整体结构,在ProE的“机构”模块中进行运动仿真,观察其运动方式和干涉情况为建造实际的模型打下基础。把简化的模型导入到ADAMS中进行速度、加速度的仿真。利用分析软件Ansys进行分析,并且得出机构的受力变形图,为机构优化和选材提供了基础。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-19
  1.1 选题的背景及研究目的和意义  8-13
  1.2 国内外在仿人机械手臂上的发展和研究现状  13-17
  1.3 结合科研课题及主要研究内容  17-19
2 六自由度并-串结构工业机器人结构设计  19-32
  2.1 引言  19
  2.2 机构选型  19-25
    2.2.1 基本的并联机构模型  19-21
    2.2.2 并联机构选型指导性原则  21-22
    2.2.3 并-串结构工业机器人选型确定  22-25
  2.3 六自由度并-串结构工业机器人结构设计  25-27
    2.3.1 六自由度并-串结构工业机器人支链构成  25-26
    2.3.2 六自由度并-串结构工业机器人详细构成  26-27
  2.4 六自由度并-串结构工业机器人尺寸确定  27-30
  2.5 本章小结  30-32
3 六自由度并-串结构工业机器人位姿和工作空间分析  32-47
  3.1 引言  32-33
  3.2 3-RPS空间并联机构位置运动学分析  33-35
    3.2.1 3-RPS空间并联机构自由度计算  33-34
    3.2.2 3-RPS空间并联机构位置正反解分析  34-35
  3.3 六自由度并-串结构工业机器人运动学位姿分析  35-41
    3.3.1 并-串结构坐标系建立  35-36
    3.3.2 并-串结构运动学位姿反解  36-38
    3.3.3 并-串结构运动学位姿正解  38-41
  3.4 六自由度并-串结构工业机器人工作空间分析  41-46
    3.4.1 工作空间分析的介绍  41-42
    3.4.2 影响并联机构工作空间的因素  42-44
    3.4.3 并-串结构工作空间确定  44-46
  3.5 本章小结  46-47
4 六自由度并-串结构工业机器人运动学和受力分析  47-56
  4.1 引言  47
  4.2 机构的运动影响系数法  47-49
  4.3 六自由度并-串结构工业机器人速度分析  49-51
  4.4 六自由度并-串结构工业机器人加速度分析  51-52
  4.5 六自由度并-串结构工业机器人平台的受力分析  52-55
  4.6 本章小结  55-56
5 六自由度并-串结构仿真  56-68
  5.1 引言  56
  5.2 六自由度并-串结构位置仿真  56-60
  5.3 六自由度并-串结构运动学仿真  60-62
  5.4 六自由度并-串结构静力学仿真  62-67
    5.4.1 六自由度并-串结构三维模型简化  63-64
    5.4.2 Ansys有限元分析  64-67
  5.5 本章小结  67-68
总结与展望  68-70
  总结  68
  展望  68-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
攻读学位期间发表的学术论文  75-76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人 > 工业机器人
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