基于虚拟样机技术的冲压机械手轨迹规划研究

摘要

冲压自动化生产线是机电产品研发的热点领域，采用机器人所构成自动化生产单元或柔性自动化生产线，是进行高速、高效、高质量的冲压生产的一种有效方法，也是冲压技术的重要发展方向之一。
　　冲压机械手主要工作是按照预先规定的程序，完成对冲压件的传送与定位。本文根据冲压的实际工艺要求，设计开发一种冲压专用机器人，其本身具有结构简单、紧凑和工作范围大等特点，能满足冲压的工艺要求，还能节省整个冲压自动生产线占用的空间。
　　基于机器人运动学的基础理论，运用D-H法建立冲压机械手的连杆坐标系，得出各个连杆之间的连杆变换矩阵，最后求得运动学方程。解得运动学方程正解与逆解，并通过Matlab验证解法的正确性。
　　对于大型冲压件和工作范围小的场合，必须预先对其进行轨迹规划，以免在运动的过程中与周围设备或其本身发生碰撞。论述了轨迹规划的一般问题，阐述笛卡尔空间位置规划的基础理论，并通过实际冲压工艺在笛卡尔空间规划一条直线路径。在虚拟样机中建立冲压机械手的模型，选末端参考点作为点驱动，得出其在空间坐标中的位移曲线以及各个关节的位移曲线，并在关节空间中进行验证，得出其轨迹与预先规划的轨迹在允许的误差范围之内，为轨迹的优化提供参考数据。
　　在笛卡尔空间轨迹规划有直观、方便等特点，但对控制要求高，难以实现实时控制，但关节空间中轨迹规划能解决以上问题。通过采用有界偏差的理论，对所规划的直线进行二次规划，根据不同性质的关节采取不同的中间点算法，最后通过虚拟样机验证。最后在关节空间对插值点分别运用三次多项式、五次多项式和B样条函数插值运算，分析其末端参考点的位移、速度、加速度可知，B样条函数插值能使运行平稳，无冲击现象，满足冲压工艺的要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本课题的提出及研究意义

1．2 国内外冲压机械手的发展现状与趋势

1．3 工业机器人轨迹规划算法综述

1．4 本文的主要研究内容

2 冲压机械手的构型及参数模型设计

2．1 引言

2．2 冲压机械手本体结构设计的关键问题

2．3 冲压生产线的环境空间

2．4 冲压机械手方案设计

2．5 操作臂结构的优化

2．6 本章小结

3 冲压机械手运动学分析

3．1 引言

3．2 刚体位姿描述

3．3 坐标变换

3．4 操作臂的运动学分析

3．5 冲压机械手运动学分析

3．6 本章小结

4 冲压机械手轨迹规划研究

4．1 引言

4．2 轨迹规划的一般问题

4．3 直角空间位置规划

4．4 冲压机械手笛卡尔空间轨迹规划

4．5 机器人虚拟样机仿真

4．6 影响轨迹规划的因素

4．7 本章小结

5 冲压机械手关节空间轨迹规划

5．1 引言

5．2 笛卡尔空间直线轨迹的二次规划

5．3 关节空间的轨迹规划

5．4 机器人关节空间B样条拟合轨迹

5．5 冲压机械手实验平台

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况