基于RecurDyn的多关节机器人动力学仿真研究

摘要

在工业4.0的大背景下，我国的工业也进入了“中国制造2025”时期，2015年我国工业持续发展，而不管是在轻工业还是重工业中，多关节机器人的作用都对推动工业的发展有着非常重要的作用，因此对其研究的重要性不言而喻。本文基于新一代RecurDyn多体动力学仿真技术，对一台自主装配的多关节焊接机器人虚拟样机进行了全面的动力学仿真分析研究。
　　首先，分析了多关节机器人动力学研究的现状，提出了利用新一代多体动力学仿真软件对多关节机器人进行研究分析的方法；然后运用机器人研究领域常用的D-H参数法，建立了机器人的数学模型；采用齐次矩阵变换法，建立了机器人的运动学方程；运用二阶拉格朗日法建立了机器人系统的动力学方程。为机器人的运动学和动力学仿真分析打下了坚实的基础。
　　利用Pro.E三维制图软件设计绘制了机器人模型的各零部件，并在Pro.E中将其组装成装配体，通过保存为 stp文件格式，将模型导入 RecurDyn平台中。在多体动力学仿真软件RecurDyn中，先对模型样机在设定条件下，进行仿真模拟，然后在同等条件下，对模型进行实际计算，通过对比，计算结果与仿真运行情况一致，证明了所建立模型的正确性，然后对模型在特定工况下进行了运动学和动力学仿真分析。分析的结果可以为物理样机各关节驱动电机的选择，和控制系统的设计等，提供参考依据。最后利用有限元软件ANSYS对模型大臂进行柔性化处理，再结合RecurDyn的RFlex模块，对机器人模型进行刚柔耦合动力学仿真分析，仿真得出的机器人模型大臂应力分布情况，可以为机器人大臂的结构优化提高到更高的精度。
　　上述工作表明，这种利用RecurDyn虚拟样机技术对多体系统进行分析仿真的方法，与其他借助各种编程语言搭建仿真平台来进行仿真的做法相比，可以极大地提高工作效率，降低对研究人员的专业技术要求。不仅真实可视效果好，而且还能降低研究成本。另外，这种利用两软件相结合，来对机器人进行仿真分析的方法，不仅提高了软件的使用性能，也适于用做如复杂机械系统的运动学和动力学仿真分析，来对系统进行优化设计。

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第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 多关节机器人动力学主流仿真软件介绍

1.3 多关节机器人动力学仿真的国内外研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章 机器人的运动学和动力学概述

2.1机器人运动学

2.2机器人动力学研究概述

2.3本章小结

第3章 6自由度焊接机器人的运动学分析

3.1 D-H参数的确定

3.2 机器人的正运动学求解

3.3 机器人逆运动学的求解

3.4 本章小结

第4章 6自由度焊接机器人的动力学分析

4.1 计算机器人

4.2 求解机器人的动力学方程

4.3 本章小结

第5章 6自由度焊接机器人运动学和动力学仿真分析

5.1 RecurDyn仿真软件基础

5.2 6自由度焊接机器人的运动学仿真

5.3 6自由度焊接机器人的动力学仿真

5.4 6自由度焊接机器人的刚柔耦合动力学仿真

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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