学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

4-DOF关节式码垛机器人本体设计与运动学分析

作 者: 李爱成
导 师: 唐火红
学 校: 合肥工业大学
专 业: 机械制造及其自动化
关键词: 码垛机器人 运动学 动力学 有限元分析
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 115次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
 

内容摘要


机器人具有高柔性、高效性与高可靠性的特点,使其成为越来越多行业中的关键设备,尤其是在现代物流码垛系统中的应用。近年来,应用于物流码垛的码垛机器人受到国内外的普遍重视,已成为机器人应用领域研究的一个热点。但国内对码垛机器人的设计研究与国外仍有一定的差距,因此,提高码垛机器人的设计与研究能力具有重大意义。本文在中国科学院新兴战略产业项目的资助下,开展了四自由度关节式码垛机器人的结构设计、运动学分析、动力学分析、瞬态动力学分析和关键零部件的强度与刚度校核工作。首先充分调研国内外码垛机器人的发展状况。根据项目任务书的要求,分析同类型机器人的结构特征,确定码垛机器人整体构型,关节结构和驱动形式。根据载荷和运动特点,完成电机和减速机的选型计算,以SolidWorks等数字化软件为基础,详细设计机器人的机械结构。采用D-H方法建立码垛机器人连杆坐标系和转换矩阵,利用Matlab编程建立一种程序化的运动学方程,通过输入不同变量可以迅速对运动学特征参数进行优化设计。求解得到机器人的运动学反解和雅可比矩阵,完成机器人运动空间的仿真。在此基础上,运用牛顿-欧拉递推方法对机器人进行动力学分析,建立动力学方程,利用Matlab软件编程求出各个关节的驱动力矩。应用COSMOS Motion软件对码垛机器人进行动力学仿真,得到各关节驱动力矩的变化曲线,验证理论推导的准确性及相应关节电机和减速机选型的合理性,并完成机器人零部件的加工与机械本体的装配。最后,根据码垛机器人的运行工况,应用ANSYS对本体及关键零部件进行瞬态动力学分析和静力学分析。根据得到的位移和应力云图,对机器人的刚度和强度做出评价,同时也为改进机器人的结构设计提供了理论依据。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-15
第一章 绪论  15-22
  1.1 引言  15
  1.2 码垛机器人的特点与分类  15-18
    1.2.1 码垛机器人的特点  15-16
    1.2.2 码垛机器人的分类  16-18
  1.3 码垛机器人的国内外研究现状  18-20
    1.3.1 国外码垛机器人发展现状  18-19
    1.3.2 国内码垛机器人发展现状  19-20
  1.4 课题来源与意义  20
  1.5 本文主要研究内容  20-21
  1.6 本章小结  21-22
第二章 机器人机械本体设计  22-34
  2.1 引言  22
  2.2 码垛机器人本体的构型分析  22-24
    2.2.1 码垛机器人技术参数  22
    2.2.2 码垛机器人总体设计  22-24
  2.3 驱动系统的选型  24-28
    2.3.1 电机的种类  24-25
    2.3.2 减速机的种类  25-28
  2.4 码垛机器人关节的详细设计  28-33
    2.4.1 回转关节T轴的设计  28-30
    2.4.2 旋转关节S轴的设计  30-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章 运动学分析  34-47
  3.1 引言  34
  3.2 刚体位姿的描述  34-36
    3.2.1 位置的描述  34
    3.2.2 方位的描述  34-35
    3.2.3 位姿的描述  35
    3.2.4 刚体的复合变换  35-36
  3.3 机器人的连杆坐标系  36-37
  3.4 机器人的正运动学分析  37-41
  3.5 机器人的逆运动学分析  41-43
  3.6 机器人的雅可比矩阵  43-45
    3.6.1 微分变换法构造雅可比矩阵  43-44
    3.6.2 码垛机器人的雅可比矩阵  44-45
  3.7 工作空间分析与仿真  45-46
  3.8 本章小结  46-47
第四章 动力学分析与仿真  47-62
  4.1 引言  47
  4.2 牛顿—欧拉法递推动力学方程  47-49
    4.2.1 动力学逆问题的分析方法  47
    4.2.2 牛顿-欧拉方程  47-48
    4.2.3 惯性张量  48
    4.2.4 牛顿-欧拉递推算法  48-49
  4.3 码垛机器人的动力学方程  49-53
    4.3.1 机器人第四关节T轴驱动力矩  51-52
    4.3.2 机器人第三关节U轴驱动力矩  52
    4.3.3 机器人第二关节L轴驱动力矩  52-53
    4.3.4 机器人第一关节S轴驱动力矩  53
  4.4 码垛机器人动力学仿真  53-54
    4.4.1 COSMOS Motion软件介绍  53-54
    4.4.2 Motion动力学仿真的方法与步骤  54
  4.5 码垛机器人动力学仿真过程  54-56
    4.5.1 机器人SolidWorks建模与装配  54-55
    4.5.2 主运动的定义  55
    4.5.3 仿真定义  55
    4.5.4 码垛机器人动力学仿真结果分析  55-56
  4.6 L轴与U轴的驱动系统选型计算  56-59
    4.6.1 L轴驱动系统选型计算  56-57
    4.6.2 U轴驱动系统选型计算  57-58
    4.6.3 S轴与T轴驱动系统选型验证  58-59
  4.7 机器人的三维图与实物图  59-61
  4.8 本章小结  61-62
第五章 关键零部件的有限元分析  62-72
  5.1 引言  62
  5.2 ANSYS软件的介绍  62-63
  5.3 机器人的瞬态动力学分析  63-65
    5.3.1 瞬态动力学分析  63-64
    5.3.2 作业条件下机器人的载荷分析  64-65
  5.4 机器人瞬态动力学结果分析  65-68
    5.4.1 第一种工况的瞬态动力学结果分析  65-67
    5.4.2 第二种工况的瞬态动力学结果分析  67-68
  5.5 机器人关键销轴的静力学分析  68-71
    5.5.1 销轴5的有限元分析  69-70
    5.5.2 销轴7的有限元分析  70
    5.5.3 销轴9的有限元分析  70-71
  5.6 本章小结  71-72
第六章 总结与展望  72-74
  6.1 总结  72-73
  6.2 展望  73-74
参考文献  74-77
攻读学位期间取得的学术成果  77

相似论文

  1. 含苯并噁唑新型半芳香聚酰胺的合成与表征,O633.5
  2. 不饱和聚酯树脂及玻璃钢在高温高压水中分解回收的研究,TQ320.1
  3. 我国典型低挥发分煤热解成分的定量分析,TQ530.2
  4. 混粉电火花成型机主机系统及工艺试验的研究,TG661
  5. 电火花加工中的电极损耗机理及控制研究,TG661
  6. 油漆焦油基单颗粒危险废物热解和燃烧特性的实验研究,X705
  7. 常温低温组合密封结构的有限元分析与优化设计,TH136
  8. 基于物理模型的真实感流体实时仿真技术,TP391.41
  9. 涵道式无人飞行器系统的建模与控制策略研究,V249.122
  10. 月球车建模分析及滑转量估计研究,TP242
  11. 双足机器人快速步行动力学研究,TP242.6
  12. 腹腔介入式手术机器人机械结构设计及运动仿真,TP242.3
  13. 准四足被动行走机器人的动力学仿真研究,TP242.6
  14. 晶圆传输机器人关键控制技术研究,TP242.2
  15. 电动六自由度并联机器人的特性分析与控制,TP242.2
  16. 个性化人工膝关节设计及其生物力学特性研究,R318.1
  17. 我国优秀竞走运动员分段距离技术特征运动学分析,G821
  18. 电子产品质量监控测试设备设计,TN06
  19. 多针内固定治疗跟骨骨折的有限元分析,R687.3
  20. 可回收式水平海底管道连接器关键技术研究,TE973
  21. 第十一届全国运动会男子三级跳远运动员三跳技术的运动学分析,G823.4

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
© 2012 www.xueweilunwen.com