斜导面直线驱动码垛机器人结构设计及动力学性能研究

摘要

机器人技术是融合机械学、电子科学、信息科学、控制工程、人工智能等多学科的高科技产物，是衡量一个国家装备制造水平的重要指标。码垛机器人作为工业机器人的一种，随着现代制造业及物流行业在我国的快速发展，得到了越来越广泛的应用，甚至在某些领域成为现代化生产线的核心设备，其工作性能的优劣直接制约生产线效率的提高。本文通过对目前市场上常用码垛机器人产品结构分析，从改进机器人关键受力结构入手，设计研制出一款经济、实用的新型混联码垛机器人样机，并研究提高和改善整机驱动系统性能。本文完成的主要工作如下:
　　(1)针对码垛机器人的基本工况要求，参考某些成熟品牌产品，确定本课题码垛机器人设计的基本技术指标，并展开相关工作。首先针对其本体结构提出了新的结构设计方案，即在机器人的承载布局上采用斜导面的支承形式，起到优化机器人的受力结构，达到改善驱动性能的目的。然后通过对比分析论证，最终确定了码垛机器人的总体结构方案。
　　(2)根据总体方案，并借鉴相关码垛机器人产品，确定此款码垛机器人各驱动部分的驱动方案及主要部件结构尺寸;通过计算初步对各驱动系统相关部件进行选型;运用三维软件Solidworks建立各零部件及整机的三维模型。
　　(3)基于设计并构建的新型码垛机器人结构形式，选择与之相匹配的拉格朗日方法对其进行动力学分析，计算分析出各关节的驱动力（矩）;运用ADAMS软件，对码垛机器人三维模型进行了模拟实际工况条件下的动力学仿真分析，并与理论计算结果进行了比对，以相互验证。
　　(4)完成工程图纸设计，并投入制造，研制出样机;结合现有试验条件对各驱动系统进行了相关性能测试，并对所得数据结果进行了分析，为将来进行一步设计、试验研究提供数据支持，同时也验证了本项目研究工作的意义。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 码垛机器人研究应用及发展趋势

1．2．1 国外码垛机器人研究及应用

1．2．2 国内码垛机器人研究及应用

1．2．3 码垛机器人的发展趋势

1．3 课题的主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 码垛机器人本体结构设计与建模

2．1 码垛机器人结构特点

2．1．1 串、并联机器人的结构特点

2．1．2 混联机器人的结构特点

2．2．总体设计要求

2．3 设计总体方案的确立

2．3．1 机构方案分析

2．3．2 驱动方式的初步选择

2．3．3 机器人主要部件结构尺寸的确定

2．3．4 机器人各关节驱动方案的确定

2．4 各关节驱动系统的选型计算

2．5 码垛机器人结构设计建模

2．5．1 机器人腰转模块及相关部件结构设计

2．5．2 机器人斜导面模块结构设计

2．5．3 机器人手臂模块结构设计

2．5．4 腕部结构及与小臂连接关节设计

2．5．5 平衡杆模块结构方案设计

2．5．6 整机装配三维模型

2．6 本章小结

第三章 码垛机器人动力学分析

3．1 引言

3．2 机器人动力学分析方法

3．2．1 牛顿-欧拉(Newton-Euler)法

3．2．2 凯恩(Kane)法

3．2．3 拉格朗Et(Lagrange)法

3．3 码垛机器人动力学建模

3．3．1 拉格朗日法建立码垛机器人动力学方程

3．3．2 码垛机器人动力学计算

3．4 本章小结

第四章 码垛机器人动力学仿真

4．1 ADAMS软件简介

4．2 ADAMS环境下建立仿真模型

4．3 动力学仿真及结果分析

4．3．1 引言

4．3．2 主动关节驱动电机驱动函数的设定

4．3．3 动力学仿真及输出结果分析

4．4 本章小结

第五章 码垛机器人驱动系统性能试验

5．1 机器人关节用驱动系统

5．1．1 工业机器人用伺服驱动系统的特殊要求

5．1．2 机器人驱动系统组成及特点

5．2 码垛机器人关节驱动系统性能试验

5．2．1 试验样机制造

5．2．2 样机空载试验及数据分析

5．2．3 试验小结

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢