基于平行四杆机构的码垛机器人本体结构研究

摘要

在现代化的自动生产中，自动码垛技术起到了很大的作用，其不仅可以降低工人的劳动强度，改善作业环境，而且可以提高码垛的工作效率和自动化水平。现阶段进口的码垛机器人成本高，不利于码垛机器人的推广与应用，与此同时，我国的码垛机器人在载荷能力、可靠性能、处理速度上还存在较大差距。因此开发低成本、高性能、人性化的码垛机器人将有广阔的市场前景。
　　本文在对国内外码垛机器人的工作原理及其本体结构研究分析的基础上，根据机器人的功能需求与技术要求，研制一台基于缩放式四杆机构原理的四自由度码垛机器人，使码垛机器人达到高速、稳定、大负载的特性，同时缩小机器人的机体空间与机体重量。
　　本文首先对码垛机器人的结构进行了详细设计，并采用Solidworks软件建立机器人的三维模型;在此基础上，对码垛机器人进行了负载参数化设计使机器人根据不同负重要求选择相应的码垛型号，使其具有模块化的特性。本文采用动态静力学分析方法建立码垛机器人负载与驱动器之间的力学模型，为机器人负载参数系列化设计提供理论基础。采用D-H法求解出了码垛机器人的正、逆运动学方程，并对机器人末端执行器进行运动空间以及雅克比矩阵进行了求解，为机器人的轨迹规划奠定了基础。在机器人运动学分析基础上，运用第二类Lagrange方法建立码垛机器人的动力学方程，为机器人控制系统的设计及结构优化提供了理论依据。
　　采用ADAMS软件，对码垛机器人进行运动学、动力学仿真分析，在ADAMS/View中，按机器人工作循环流程进行仿真分析，得出质心变化情况及各关节速度、加速度与受力情况，验证了机器人运动学、动力学理论分析的正确性。在此基础上，对码垛机器人样机进行负载、稳定性及重复定位精度试验验证，结果表明，本文设计的码垛机器人具有负载大，体积小，稳定性高等特点。
　　本文的研究工作为码垛机器人进一步的参数化设计与结构优化奠定了理论基础，为机器人真正走向工程应用提供了必要的技术基础，具有重要的学术价值和工程实际意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题主要研究内容及方法

1．4 本章小结

2 码垛机器人的结构设计

2．1 码垛机器人的功能要求及技术参数

2．2 码垛机器人的系统组成

2．3 码垛机器人的结构设计

2．4 本章小结

3 码垛机器人的负载参数化设计

3．1 码垛机器人的动态静力学分析

3．2 码垛机器人负载参数化设计

3．3 本章小结

4 码垛机器人运动学分析

4．1 D-H法简介

4．2 码垛机器人缩放因子λ分析

4．3 码垛机器人运动学分析

4．4 码垛机器人的工作空间

4．5 码垛机器人雅克比矩阵

4．6 本章小结

5 码垛机器人动力学分析

5．1 Langrange基本原理

5．2 码垛机器人的动力学方程

5．3 本章小结

6 码垛机器人运动学、动力学仿真及试验验证

6．1 ADAMS软件简介

6．2 码垛机器人虚拟样机的建立

6．3 码垛机器人运动学仿真与分析

6．4 码垛机器人动力学仿真与分析

6．4 码垛机器人试验验证

6．6 本章小结

7 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

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