瓦楞纸板上料机器人结构设计与分析

摘要

近几年来，我国瓦楞纸箱行业迅猛发展，然而与之相配套的钉箱机，大多数企业采用半自动钉箱机或者全自动钉箱机，同时仍有部分企业使用手工钉箱机，这些钉箱机都必须人工上料，劳动强度大，且生产效率也不高。上料机器人能减轻劳动强度，满足企业的生产要求。因此，本文针对全自动钉箱机的上料，设计瓦楞纸板上料机器人具有实际意义和应用价值。
　　本文在查阅大量文献的基础上，调查研究了国内外工业机器人设计理论，根据生产现场的要求，确定上料机器人的工作顺序，对每个工序进行时间分配，确定总的生产节拍，确定机器人的结构类型、驱动方式、减速器类型等，对机器人的基座、腰部、下臂、上臂、腕部和末端机械手结构设计，对末端机械手驱动气缸尺寸计算选型，并校核末端机械手的抓举力。在危险工况下，对各个关节的扭矩进行求解，根据求解结果对电机和减速器选型。
　　根据D-H坐标系建立的方法，建立上料机器人的运动学方程，根据机器人的动力学分析理论，分别计算出机器人的动能和势能，建立拉格朗日动力学方程。建立上料机器人虚拟样机模型，对模型进行运动学仿真分析，得到各个构件的位移曲线、关节的速度与加速度曲线。结果表明，每个关节的位移、角速度和角加速度变化连续，上料机器人运动稳定，没有明显的抖动和错位。对其进行动力学分析，得到各个关节的驱动力矩曲线，其与减速器输出力矩相对比，验证电机和减速器选型正确。
　　运用有限元分析软件分别对末端机械手、连接法兰板、下臂和上臂进行有限元分析，研究其受力及变形情况，研究表明，其强度和刚度满足设计要求。对上料机器人下臂和上臂进行了模态分析，研究表明，上臂、下臂的震动性能好，刚度较高，满足设计要求。
　　通过对瓦楞纸板上料机器人结构设计计算和仿真分析，为瓦楞纸板上料机器人的设计提供了参考。

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摘要

ABSTRACT

Contents

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究背景

1.3 主要研究内容

2 机器人运动学和动力学理论

2.1 机器人运动学理论

2.2 机器人动力学理论

2.3 本章小结

3 上料机器人结构设计

3.1 作业要求

3.2 上料机器人本体结构设计

3.3 末端机械手结构设计

3.4 驱动方式和减速器的选择

3.5 本章小结

4 上料机器人运动学分析

4.1 上料机器人运动学求解

4.2 速度雅克比矩阵求解

4.3 ADAMS运动学仿真

4.4 本章小结

5 上料机器人动力学分析

5.1 上料机器人拉格朗日动力学方程求解

5.2 ADAMS动力学仿真

5.3 本章小结

6 关键零部件有限元分析

6.2 末端机械手夹紧状态有限元分析

6.3 末端机械手接触分析

6.4 连接法兰板限元分析

6.5 下臂有限元分析

6.6 上臂有限元分析

6.7 本章小结

7 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果