6R工业机器人自动脱模系统研究与设计

摘要

脱模是浇铸成型工艺中不可缺少的关键环节，脱模的速度、位移、拉压力等工艺参数对产品质量均有重要的影响。传统的脱模方式主要有人工手动脱模和设备辅助脱模，存在作业人员密集、劳动强度大、安全性低以及产品一致性差等缺点。随着工业自动化技术的迅速发展，部分先进装备技术应用于制造业领域。在一些特殊的作业环境和应用领域中，目前脱模装置的自动化水平仍然较低，因此开展自动脱模装置研究和设计具有重要的工程应用价值。本文以某企业浇铸模具为对象，进行6R工业机器人自动脱模系统的研究与设计，论文主要内容具体如下: (1)介绍了浇铸模具的结构和组成;在分析浇铸模具的脱模工艺和技术要求的基础上，进行自动脱模系统的总体设计，并讲述了脱模系统的整体组成、工作原理以及安全防护设计方法。 (2)针对需要拆卸的模具零部件，本文进行了三个拆卸工具头的结构设计和仿真分析。利用ANSYS Workbench软件对紧固螺栓拆卸工具的关键零部件进行受扭变形分析、接触分析和疲劳寿命分析，并通过计算检验工具中关键结构尺寸设计的合理性;利用动力学仿真软件ADAMS对工具头的敲击机构进行碰撞动力学分析，对内部组件拆卸工具的敲击频率进行合理设置。 (3)采用非接触的方式对拆卸目标进行定位，设计了基于单目视觉和激光测距传感器的视觉定位系统，完成了视觉定位系统中相关参数的标定。为了提高视觉定位系统的测量精度，提出了一种校正视觉定位系统姿态的方法和深度测量误差补偿方法。设计了目标定位方案并验证了其可行性，依靠视觉定位系统的测量结果对工业机器人末端执行器的姿态进行校正。 (4)分析影响自动脱模系统精度的误差源，并分别建立主要误差的误差模型，根据主要误差间的关系建立系统的整体误差模型。应用蒙特卡洛概率统计模拟方法分析原始误差对脱模系统精度可靠性的影响，并以精度可靠度为指标评价系统的精度，分析结果表明满足设计要求的精度可靠度并不高，工业机器人定位误差对脱模系统的精度影响最大，通过工业机器人标定和优化拆卸工具结构可提高自动脱模系统的工作可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2国内外脱模装置及相关技术研究现状

1．2．1脱模装置研究现状

1．2．2工业机器人视觉定位技术研究现状

1．2．3机器人手爪研究现状

1．3本文课题来源及主要研究内容

1．3．1课题来源

1．3．2本文主要研究内容

第2章 脱模系统总体设计

2．1脱模工序及技术要求

2．2脱模系统总体设计及组成

2．2．1关键设备与元器件选型

2．2．2紧固螺栓收集装置与内部组件集放架

2．2．3拆卸工具与拆卸工具放置架

2．2．4控制系统与监控系统

2．3脱模系统安全防护设计

2．4本章小结

第3章 拆卸工具结构设计与仿真分析

3．1视觉测量工具头结构设计

3．2紧固螺栓拆卸工具头设计与仿真分析

3．2．1气动马达与扭矩传感器选型

3．2．2基座有限元分析

3．2．3拧头结构设计与仿真分析

3．3内部组件拆卸工具头设计与仿真分析

3．3．1敲击机构击打松动销碰撞模型建立

3．3．2敲击机构击打松动销碰撞动力学分析

3．4本章小结

第4章 基于单目视觉与激光测距的目标定位

4．1视觉定位系统标定

4．1．1机器人手眼关系标定

4．1．2激光测距传感器位置标定

4．1．3视觉定位系统标定参数求解

4．1．4视觉定位系统标定实验

4．2视觉定位系统姿态校正

4．2．1姿态校正原理

4．2．2求解姿态校正角

4．2．3姿态校正方法可靠性验证

4．3视觉定位系统深度测量误差补偿

4．4视觉定位系统与机器人的数据通讯

4．5目标定位方案设计与实验验证

4．5．1视觉定位系统定位方案设计

4．5．2定位方案实验验证

4．6工业机器人末端执行器工作姿态校正

4．7本章小结

第5章 脱模系统误差分析

5．1工业机器人定位误差分析

5．1．1误差来源

5．1．2工业机器人位姿误差模型

5．2视觉定位系统测量误差分析

5．2．1手眼关系误差

5．2．2相机姿态误差

5．2．3单目视觉测量误差

5．3工具中心点(TCP)标定误差分析

5．4脱模系统误差建模

5．4．1视觉定位系统误差模型

5．4．2 TCP标定误差模型

5．4．3系统整体误差模型

5．5基于蒙特卡洛法脱模系统误差分析

5．5．1原始误差对脱模系统精度可靠性影响分析

5．5．2原始误差对脱模系统精度可靠性影响程度

5．6本章小结

6．1论文研究结论

6．2后续工作及展望

参考文献

致谢

附录