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4R多关节轮毂加工上下料机械手的运动分析与研究

作　者: 陈婷婷
导　师: 陶柯
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 多关节机械手坐标转换运动分析轨迹规划模拟仿真
分类号: TP241
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 76次
引　用: 1次
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内容摘要

多关节机械手作为扩展机器人操作性能和运动空间的标志性组件,在机器人学的发展中占据了越来越重要的地位,其设计和研究工作兼具理论性和实用性的双重特点,对于促进多关节机器人技术的发展进步和推广应用也有着重要意义。本文在论述国内外机器人科学发展历程和现状的基础上,重点研究了用于轮毂加工上下料作业的多关节双手爪机械手运动学问题。由于多关节机械手的工作过程,实质上就是通过控制各关节坐标值(或关节转角)改变而实现执行末端运动的过程,因此本课题将机械手执行末端(双手爪)作为主要研究对象,以确定机械手在执行工作任务时控制器可精确给出指令所需要的各关节转角数据,从而使机械手各部件能按照既定位姿顺序完成轮毂的上下料操作任务。根据轮毂上下料加工的实际需要,为机械手选定了四自由度、多关节、双手爪的基本结构,并选择了一种在机器人领域广泛采用的数学方法——齐次坐标转换法(D-H变换),以解决机械手各部件位姿状态在不同坐标系之间相互转换的问题。然后,基于D-H方法,以多关节双爪机械手的初始与终点位姿作为研究对象,论述了手部位姿与各关节转角之间的关系;根据上下料工序的预期要求,规划出机械手的运动轨迹,并运用直线定时插补方法,对各个位姿结点进行运动求解,求解出了各插值点处的转角变量值。最后,运用Solid works软件对机构零部件进行初始几何建模,再将各部件进行装配,在COSMOS Motion模块下对系统加载进行仿真模拟,并基于Solid works新建算例模块对系统进行运动分析,根据轨迹规划情况,得出了各个部件的运动特性曲线,旨在为后续研究(如动力学分析、机电部件选择与校核、控制系统设计等)提供基础性的理论参考与计算依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 课题研究背景和来源  10-11
  1.2 国内外发展概况  11-15
    1.2.1 国外机器人的发展状况  13-14
    1.2.2 我国工业机器人的发展概况  14-15
  1.3 课题研究目的和意义  15-16
  1.4 本文主要工作和结构安排  16-18
第二章上下料机械手的机构学研究  18-23
  2.1 方案要求  18-19
  2.2 机构的选型  19-21
  2.3 自由度的确定  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章上下料机械手的运动学分析  23-35
  3.1 齐次坐标转换  23-24
  3.2 多关节机械手的位姿与运动描述  24
  3.3 轮毂加工上下料机械手的运动分析  24-34
    3.3.1 连杆坐标系的建立和连杆参数  24-26
    3.3.2 连杆变换矩阵  26-30
    3.3.3 机械手的运动反解  30-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章上下料机械手的运动轨迹规划  35-44
  4.1 轨迹规划概述  35
  4.2 工作路径规划  35-38
  4.3 轨迹规划过程  38-43
    4.3.1 直线定时插补  38-39
    4.3.2 插值计算  39-40
    4.3.3 轨迹插值结果  40-43
  4.4 本章小结  43-44
第五章上下料机械手的仿真与误差分析  44-53
  5.1 概述  44-46
    5.1.1 关于仿真技术和Solid works 软件  44-45
    5.1.2 关于COSMOS Motion 软件  45-46
  5.2 几何建模  46-47
  5.3 机械手的运动学仿真分析  47-51
    5.3.1 各关节转角仿真分析  47-49
    5.3.2 轨迹误差分析  49-51
  5.4 本章小结  51-53
第六章结论  53-55
  6.1 结论  53-54
  6.2 展望  54-55
参考文献  55-57
在学研究成果  57-58
致谢  58

4R多关节轮毂加工上下料机械手的运动分析与研究

内容摘要

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