4R 3-DOF喷涂机器人手腕关键技术的研究

摘要

喷涂机器人是先进的制造装备代表之一，是先进制造领域的不可或缺的自动化生产设备，喷涂机器人具有诸多优点，广泛应用于汽车表面、零部件以及电子产品的涂覆作业。课题根据项目实际要求，提出了一种新型直通式喷涂机器人手腕，本文围绕该手腕的相关问题进行了研究： 本文根据喷涂工作原理，结合喷涂工艺及喷涂要求，设计了4R 3-DOF非球型喷涂机器人手腕以及绝缘支架，该手腕其中两个关节耦合，所以是具有4个回转轴，3个自由度的中空手腕，手腕内部允许油漆管路、成型空气管和测速光纤等从中穿过，并在手腕内部安装保护线路的软管，该手腕灵活性大、结构紧凑，能够实现三维空间内的任意姿态，并在solidworks中建立了手腕的三维模型，通过分析，确定了绝缘支架的倾斜角。 本文基于D-H建模方法对4R 3-DOF非球型手腕进行运动学分析，建立了运动学方程，通过实例验证所建运动学方程的正确性，在MATLAB中用蒙特卡罗方法绘制出手腕的工作空间，在工作空间中任意给定一条轨迹，用所建立的逆运动方程求出逆解，将结果导入到 ADAMS 中作为运动驱动，运动轨迹与理论运动轨迹做对比，进一步验证了运动学求解的正确性，为误差分析和控制奠定基础。 本文基于图论理论给出了4R 3-DOF手腕动态分析系统的算法。将4R 3-DOF手腕虚拟分成3R 3-DOF手腕和附加链的概念来描述。运用用拉格朗日公式导出了3R 3-DOF手腕和附加链的广义惯性力，最后将建立的惯性力整合成4R 3-DOF手腕系统的动力学方程并在 ADAMS 软件中进行仿真，验证动力学模型建立的正确性。所提出的算法考虑了轮系和联轴器的耦合效应，该算法实用性更好，可应用于其它具有耦合关节的齿轮机构。 最后，根据运动学模型建立了手腕末端位置误差和姿态误差模型，在MATLAB 中对位姿误差模型进行仿真，得出角度参数误差是影响手腕末端位姿误差的主要因素，通过一定的补偿方法给予手腕，误差大大减少。

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