面向报废汽车拆卸的虚拟机器人技术及仿真研究

摘要

作好报废汽车回收、拆解和循环再利用工作，对保护环境、节约能源具有重要的意义。然而，我国报废汽车的拆解工作才刚刚起步，存在拆解工具落后、拆解手段原始、回收率低下等问题。因此，有必要在报废汽车处理过程中使用一些辅助工具或设备来提高报废汽车的处理效率、减轻工人劳动强度、提高有价值件回收率。鉴于此，在研究国内外报废汽车拆解现状的基础上，将机器人应用于报废汽车处理过程，提出了虚拟环境下研究报废汽车拆解和机器人动作仿真的方法。 面向报废汽车拆卸的虚拟机器人技术和仿真的研究从四个方面展开：首先，根据报废汽车的现代化处理流程，提出了破坏性拆卸和选择性拆卸相结合的拆卸方式，把机器人工具技术和系统动态识别方案应用在报废汽车处理过程中，在详细探讨拆卸单元组成的基础上，指出了机器人单元对报废汽车拆卸的重要意义；其次，提出了基于真实机器人虚拟化方案，以FANUC Mi6B机器人为原型创建虚拟机器人，部分地实现了运动学上与真实机器人一致；再次，改进报废汽车拆卸序列规划方案，将目标拆卸件周围连接设备拆除的拆卸序列规划方法，把破坏性拆卸和机器人约束纳入拆卸序列规划的考虑范围。分析虚拟环境下拆卸约束，对空间各目标拆卸件和有价值拆卸件的局部坐标系进行标定，利用4阶位姿矩阵和运动矩阵表示空间拆卸件位姿和运动变换。详细分析机器人工具定位过程，提出工具定位方法，从零件拆卸动作原理推导出了机器人工具运动变换矩阵；最后，用混合开发方式，在工程软件中开发了虚拟机器人动作操作面板，实现了报废汽车处理简单过程的机器人动作仿真，并以车门为例对虚拟机器人进行了拆卸动作仿真。仿真过程可以帮助拆卸规划人员发现一些没考虑到的干涉的存在，还可以检验预先规划的局部拆除方向和拆卸路径等。