复杂形状零部件打磨作业机器人研究

摘要

工业机器人技术附加值高，应用范围广，是高端先进制造装备产业的重要组成部分。高端工业机器人的技术研发、制造和应用是衡量国家科技创新和高端装备制造产业水平的重要标志，是国家科技发展的重大战略需求。
　　在先进制造领域，为了实现高效灵巧加工作业，通常需要加工制造装备具备五轴加工能力，而合理自由度布局的五自由度作业机器人即可满足工件一次装夹多面加工作业需求。复合式工业机器人因兼具串联机器人和并联机器人各自的优点而得到了专家学者的广泛关注与研究应用。面向作业姿态需要灵活调整的复杂形状零部件打磨作业领域，对于一次装夹开展多面打磨作业工况需求，采用复合式五自由度作业机器人作为加工作业装备将是一个很好的解决方案。
　　本文面向复杂形状零部件打磨作业需求，设计研制一种灵巧作业空间大、作业姿态调整灵巧的复合式五自由度作业机器人，分别对所研制机器人的机构设计及其运动学与动力学建模、灵巧性分析、轨迹规划、打磨作业刀具路径规划、以及机器人实验平台搭建与打磨作业实验等方面开展深入研究。
　　在复合式作业机器人的机构设计及其运动学与动力学建模方面，设计提出一种复合式五自由度作业机器人构型结构。建立机器人的运动学与动力学模型，提出一种具有唯一解形式的逆向运动学闭式解法，为后续开展研究提供机器人模型基础。
　　在复合式作业机器人的灵巧性分析方面，提出一种基于映射空间包络曲面的机器人灵巧性分析方法，分析所设计提出的作业机器人的灵巧作业性能与作业任务可执行能力。分析总结影响机器人灵巧作业性能的结构参数因素以及与之相关的结构参数尺寸设计优化理论依据。求解机器人的可达工作空间与灵活工作空间。
　　在复合式作业机器人的打磨作业任务轨迹规划方面，提出一种非等时长多目标平滑轨迹规划方法，针对打磨作业不同任务需求可以综合调整考虑时间、能耗、加加速度和加速度优化目标，能够规划出更多种类打磨作业任务的平滑控制轨迹形态。提出一种机器人动态承载能力的计算方法，开展机器人动态承载能力计算求解与机器人实验平台测试。
　　在复合式作业机器人实验平台搭建与打磨作业实验研究方面，搭建所研制机器人的机械系统和运动控制系统。开展机器人实验平台的几何参数标定和位置精度及轨迹精度测试。从机器人打磨作业刀具接触位置与分层打磨作业规划以及接触姿态规划方面开展机器人打磨作业刀具路径规划研究。开展汽车轮毂辐板去毛刺打磨作业实验，机器人作业姿态可达性验证实验，以及汽车转向助力器壳体多面棱边打磨作业实验，验证机器人优良的灵巧作业性及打磨能力。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究目的与意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3课题来源和本文主要研究内容

第2章 作业机器人机构设计及其运动学与动力学建模

2.1引言

2.2六自由度串联机器人打磨复杂形状零件仿真分析

2.3机器人构型设计与机构设计优势分析

2.4机器人竖直向导轨组件机构改进设计

2.5机器人运动学建模

2.6机器人动力学建模

2.7机器人仿真实验与结果分析

2.8本章小结

第3章 作业机器人灵巧性分析方法研究

3.1引言

3.2可达包络曲面形态分析

3.3基于映射包络曲面的灵巧性分析方法研究

3.4机器人可达工作空间与灵活工作空间求解分析

3.5机器人灵巧作业性能分析

3.6本章小结

第4章 作业机器人多目标轨迹规划方法研究

4.1引言

4.2机器人轨迹规划的多目标优化模型与插值轨迹

4.3机器人轨迹规划的优化方法研究

4.4机器人动态承载能力的计算方法研究

4.5机器人仿真实验分析及实验平台动态承载能力测试

4.6本章小结

第5章 作业机器人实验平台搭建与实验研究

5.1引言

5.2机器人实验平台搭建

5.3机器人实验平台几何参数标定及精度测试

5.4机器人打磨作业刀具路径规划研究

5.5机器人平台去毛刺打磨作业实验

5.6机器人平台作业姿态可达性验证与多面棱边打磨作业实验

5.7本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢

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