前后大臂偏置式七自由度工业机器人本体设计与仿真优化

摘要

随着机器人的工作对象及环境变得愈加复杂，研发更高灵活度和环境适应性的七自由度工业机器人需求快速提升。机器人作为自动化生产线上最重要的装备之一，其性能直接影响产品质量与生产效率。本文完成了一种典型的前后大臂偏置式七自由度工业机器人的机械本体设计。并对前、后大臂进行了多目标优化设计，完成了机器人整体的有限元静力学仿真分析。然后，对前后大臂偏置式七自由度工业机器人的正、逆运动学进行了研究。最后，对机器人进行了动力学性能研究，完成动力学优化与分析。运动学仿真表明:本文所设计的机器人机构形式合理，工作空间范围大，有着良好的避奇异性和良好的避障性。
　　全文主要内容包括:
　　提出一种前后大臂偏置式七自由度工业机器人结构，通过以能量耗散来反求功率的方法，实现机械结构及驱动系统设计及总成。
　　提出一种基于灵敏度分析的机器人关键零件多目标优化改进设计方法，获得各目标变量对各设计变量的敏感程度，在对前、后大臂结构进行多目标优化设计的基础上，完成机器人轻量化设计与静力学分析。
　　提出一种解析法和数值法相结合的逆运动学解法，实现前后大臂偏置式七自由度工业机器人的逆运动学求解;基于蒙特卡洛法，求解了机器人工作空间，并通过焊接仿真应用研究，表明前后大臂偏置式七自由度工业机器人具有工作空间大、避障性良好、避奇异性良好的优点。
　　提出一种基于多刚体系统动力学的前后大臂偏置式七自由度工业机器人动力学分析方法，通过ADAMS建立了机器人的数字样机并对其进行了动力学性能仿真分析与优化。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 七自由度工业机器人的研究概况

1．2．1 七自由度工业机器人的发展

1．2．2 七自由度工业机器人的分类

1．2．3 七自由度工业机器入的研究现状

1．3 论文研究背景、意义及总体框架

1．3．1 论文研究的背景与意义

1．3．2 论文研究内容及框架

1．4 本章小结

第2章 前后大臂偏置式七自由度机器人结构与驱动设计

2．1 引言

2．2 前后大臂偏置式七自由度工业机器人定义与特点

2．3 各关节关键部位的机械系统与驱动系统设计

2．3．1 各关节驱动力矩、重力与阻尼力的施加

2．3．2 各关节的驱动系统设计

2．3．3 各关节的机械结构设计与集成

2．4 机器人总成及其关键技术参数

2．5 本章小结

第3章 偏置式七自由度机器人关键部位轻量化设计

3．1 引言

3．2 关键零件的参数化建模、网格划分

3．2．1 关键零件的参数化建模

3．2．2 关键零件的网格划分

3．3 关键零件的静力分析

3．3．1 关键零件的约束与载荷的确定与施加

3．3．2 关键零件的初步静力分析

3．4 关键零件的灵敏度分析与多目标优化设计

3．4．1 关键零件的灵敏度分析

3．4．2 设计变量与目标变量之间的关系分析

3．4．3 关键零件的多目标优化设计与分析

3．5 偏置式七自由度工业机器人的静力分析与验证

3．5．1 偏置式机器人优化零件的设计与集成

3．5．2 偏置式机器人的静力分析与验证

3．6 本章小结

第4章 偏置式七自由度工业机器人运动学分析

4．1 引言

4．2 偏置式七自由度工业机器人正运动学研究

4．2．1 连杆变换矩阵的建立

4．2．2 正向运动学求解研究

4．3 偏置式七自由度工业机器人逆运动学研究

4．3．1 逆向运动学的代数解析解法

4．3．2 基于MATLAB的逆向运动学数值解法

4．4 最大工作空间求取与对比分析

4．5 偏置式七自由度工业机器人焊接应用仿真

4．6 本章小结

第5章 偏置式七自由度工业机器人动力学分析

5．1 引言

5．2 基于ADAMS的动力学仿真分析

5．2．1 动力学仿真模型建立

5．2．2 仿真与结果分析

5．3 偏置式七自由度工业机器人动力学优化分析

5．3．1 驱动函数的改进

5．3．2 改进函数的建立与结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

个人简历