2P3R型机床上下料机器人研究与开发

摘要

工业机器人是一种集机械、电子、信息等技术于一体的自动化设备，在加工制造业有着举足轻重的地位。基于我院实验室实际需要，本文以自主创新设计的2P3R型机床上下料机器人为研究对象，对该机器人进行运动学、动力学分析，旨在尽可能优化并验证机械结构，为物理样机制造及控制提供理论参考；对该机器人进行试教控制系统的开发，旨在控制该机器人完成上下料工作。
　　首先，本文介绍了机器人和机器人动力学的发展及研究现状，论述了本文研究所涉及的机器人数学、运动学、动力学等的理论。采用D-H（Denavit-Hartenberg）法对自主创新设计的2P3R型机床上下料机器人进行运动学研究。详细的给出了该机器人正运动学方程推导过程，通过计算验证了正运动学方程的正确性；同时进行了逆运动学方程的求解，提出解决该机器人逆解的多解问题的方法；应用UG软件建立了该机器人的三维装配模型并导入到ADAMS软件中，对机器人上下料作业进行了运动学仿真分析，得到了机器人末端夹手的上下料轨迹、位移及速度曲线；建立了基座与杆件、末端执行器碰撞的数学模型，采用蒙特卡洛法并结合碰撞检测算法对机器人进行工作空间分析，得到基座与杆件、末端无碰撞“点云图”，同时提出图解法与数值仿真方法相结合的方法绘制并验证了剖截面工作空间边界。以上提出的方法为其它机构的机器人研究提供参考和借鉴。以上研究结果表明：该机器人机构设计合理，可以覆盖整个上下料区域，灵活性好。
　　其次，本文采用拉格朗日法对该机器人进行动力学建模，同时采用ADAMS软件对该机器人进行了动力学仿真分析。在这个过程中，首先，采用拉格朗日法给出了动力学模型的详细推导过程；然后，借助UG、ADAMS软件对其进行动力学仿真分析，通过ADAMS后处理模块输出各个驱动器的加速度、力、力矩曲线及标出曲线的峰值，探究在上下料过程中各个驱动器输出力/力矩情况。研究结果为为进一步优化该机器人机构及控制提供依据。
　　最后，对该机器人进行了示教控制系统开发和实验。在这个过程中，首先，搭建了机器人控制系统的硬件平台并做好连接调试；其次，编写示教控制系统并进行了上下料示教再现实验。实验结果表明机器人可以完成的上下料工作，示教程序满足上下料工作要求。

目录

1 绪论

1.1 国内外发展现状

1.2 课题研究背景及内容

1.3 研究目的、意义、价值

2 2P3R型机床上下料机器人运动学及工作空间分析

2.1 机器人运动学概述

2.2 2P3R型机床上下料机器人机械系统结构

2.3 2P3R型机床上下料机器人正运动学问题

2.4 2P3R型机床上下料机器人工作空间分析

2.5 2P3R型机床上下料机器人逆运动学问题

2.6 2P3R型机床上下料机器人运动学仿真分析

2.7 本章小结

3 2P3R型机床上下料机器人动力学及仿真分析

3.1 机器人动力学基本概念

3.2 建立2P3R型机床上下料机器人动力学方程

3.3 2P3R型机床上下料机器人动力学仿真分析

3.4 本章小结

4 2P3R型机床上下料机器人控制系统开发

4.1 2P3R型机床上下料机器人系统

4.2 2P3R型机床上下料机器人人机交互界面设计

4.3示教实验

4.4 本章小结

5 总结与展望

参考文献

在学研究成果

致谢