基于机器人的多机自动冲压生产单元仿真及研究

摘要

数控全自动冲压生产线是新型高端锻压装备之一，具有高智能化、高精度、高可靠性、高效率、节能、节材等优点，是锻压装备的最新发展方向。
　　本文以当前技术含量高、技术先进的六自由度工业机器人(RV-4FL-D)为核心，研究了该机器人的正解、逆解、工作空间、协同生产单元的布局。通过计算机辅助功能，在Pro/E、ADAMS、Ansys环境下完成了虚拟样机的建立，运动学仿真分析及模态仿真分析。
　　本论文的具体完成内容如下:
　　1.通过使用Matlab软件的工具箱Robotics-toolbox，编写出协同生产单元机器人运动学正解程序，进而验证了本文建立的RV-4FL-D工业机器人D-H表是正确的;编写协同生产单元机器人逆解程序，求解出协同生产单元机器人完成上下料轨迹时的各关节角度值，同时保存该解为.txt文档，将该文档数据传输给ADAMS。在ADAMS环境下完成协同生产单元机器人的直观运动学分析。
　　2.通过使用Matlab软件的工具箱Robotics-toolbox，编写出协同生产单元机器人的工作空间求解程序，得出工业机器人的工作空间图表。将该图表与Delmia环境下求解的三维工作空间进行对比，得出Matlab编程得到的空间可靠准确，且比Delmia环境下的空间精确易测量;通过在Matlab环境下编写出切片程序，求解出工业机器人末端端拾器在冲压工件运动平面运动时是否存在空洞，验证协同生产单元布局的合理性。
　　3.通过使用Ansys软件的modal模块。对协同生产单元机器人装配体下的自由振动模型进行求解，求解出协同生产单元机器人的前六阶模态。对前六阶模态分析得出:低阶模态下工业机器人的前臂抖动厉害;在高阶模态下上臂抖动厉害。敌在协同运动时要尽量避免该机器人的长期低速运动;可适当提高前臂、上臂刚度达到结构改进。
　　4.通过虚拟样机技术，对协同生产单元的设备进行了建模。完成几何建模后，在ADAMS环境下给几何模型添加质量、密度、约束、驱动;制定协同生产单元工艺方案进行仿真分析;最后通过后处理模块输出所需要的速度、角速度曲线。通过直观的观察协同生产单元的运动情况，检查干涉碰撞，为实际生产单元提供参考及数据。提取仿真数据并在实验室建好的现实生产单元进行试验，发现满足预设的要求;并且避免了现场对机器人轨迹点的捕捉及调试。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景及研究意义

1．3 课题的国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 课题来源及主要研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 主要研究内容及论文结构

1．5 本章小结

第二章 机器人与多台冲床协同生产单元仿真路径实现

2．1 引言

2．2 协同生产单元设备信息及布局

2．2．1 协同生产单元工件参考数据

2．2．2 协同生产单元冲床参数

2．2．3 协同生产单元输送设备特点

2．2．4 一台机器人与三台冲床协同生产单元布局方案和特点

2．3 协同生产单元仿真路径实现

2．3．1 仿真平台的选择

2．3．2 协同生产单元仿真路径

2．4 本章小结

第三章 协同生产单元机器人运动学分析及模态分析

3．1 引言

3．2 机器人上下料单元组成及功能

3．3 协同生产单元机器人运动学分析

3．3．1 工业机器人的数学描述

3．3．2 工业机器人D-H表的建立

3．3．3 工业机器人运动学正解

3．3．4 工业机器人运动学逆解

3．3．5 协同生产单元机器人(RV-4FL-D)运动学仿真实验

3．4 协同生产单元机器人(RV-4FL-D)工作空间求解

3．4．1 工作空间研究的理论知识

3．4．2 协同生产单元机器人(RV-4FL-D)的工作空间

3．5 协同生产单元机器人(RV-4FL-D)模态分析

3．5．1 模态理论知识

3．5．2 协同生产单元机器人(RV-4FL-D)有限元模型的建立

3．5．3 协同生产单元机器人(RV-4FL-D)模态分析结果

3．6 本章小结

第四章 协同生产单元模型建立

4．1 引言

4．2 协同生产单元冲床的几何建模

4．2．1 模型建立方法

4．2．2 冲床三维模型建立

4．2．3 虚拟样机平台间的数据转换

4．3 协同生产单元物理模型的建立及仿真

4．3．1 物理模型的约束副和驱动函数定义

4．3．2 机器人物理模型在ADAMS平台的轨迹实现

4．4 一台机器人与三台压力机协同生产单元装配设计

4．5 本章小结

第五章 运动仿真及结果分析

5．1 引言

5．2 一台机器人与三台冲床协同生产情况分析

5．2．1 协同生产单元生产节拍分析

5．2．2 协同生产单元运动参数分析

5．2．3 协同生产单元机器人的轨迹规划

5．3 协同生产单元仿真方案分析

5．4 协同生产单元生产仿真及结果分析

5．5 协同生产单元碰撞检测

5．6 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢