集装箱内表面喷漆机器人运动及动力特征分析

摘要

随着我国对外贸易的繁荣，集装箱制造业在我国得到飞速的发展。目前我国集装箱生产能力占全世界生产能力的96％以上。集装箱自动化喷漆，特别是集装箱内表面自动化喷漆已经成为集装箱制造业亟待解决的关键技术。因此，研究和设计一台能够适应集装箱内表面喷漆要求的机器人具有重要现实意义。本文在了解国内外喷涂机器人的研究及应用状况的基础上，设计了一台摇臂式仿生喷漆机器人来实现集装箱内表面的自动喷漆。 论文首先分析了喷涂机器人的研究现状及应用前景，设计了一种集装箱喷漆机器人方案，利用So]idWorks软件建立了集装箱喷漆机器人的三维模型，并在ADAMS中建立了该机器人的虚拟样机。 其次，通过D-H方法建立了坐标变换矩阵，对机器人进行了正运动学和逆运动学分析，推导了机器人关节速度和雅克比矩阵，再用蒙特卡洛法求解了机器人末端执行器的工作空间。然后，从理论上对机器人进行了动力学分析，由此确立了力、质量和加速度以及力矩、惯量和角加速度之间的关系。然后根据机器人末端执行器的运动情况完成了相应关节力矩的计算，使它们能以期望的加速度和速度运动，保证良好的位置精度。 最后，利用ADAMS软件强大的仿真功能，对机器人进行了运动学和动力学仿真，得到了仿真曲线，验证了集装箱喷漆机器人方案结构设计和运动分析的合理性和正确性，为机器人的后续研究提供了理论及数据依据，为今后在机械设计中使用虚拟样机技术积累了经验。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1概述

1.2国内外喷漆机器人研究概况

1.3集装箱制造业工业机器人应用状况及发展

1.3.1集装箱制造业的发展状况

1.3.2集装箱喷漆机器人的应用及发展

1.4本文研究的主要内容

1.4.1课题来源

1.4.2主要研究内容

第2章集装箱喷漆机器人方案设计

2.1机器人基本技术参数设计

2.2机器人总体结构方案设计

2.3本章小结

第3章集装箱喷漆机器人运动学分析

3.1数学基础理论

3.1.1刚体位姿的表示和齐次变换

3.1.2机器人运动学的D-H表示法

3.2喷漆机器人运动学建模

3.2.1喷漆机器人正运动学分析

3.2.2喷漆机器人逆运动学分析

3.2.3喷漆机器人雅可比矩阵

3.3喷漆机器人工作空间分析

3.3.1工作空间的概念

3.3.2工作空间的形成

3.3.3工作空间的空腔和空洞

3.3.4喷漆机械手工作空间求解

3.4本章小结

第4章集装箱喷漆机器人动力学分析

4.1动力学广义坐标和广义力

4.2喷漆机器人系统动力学建模

4.3移动平台动力学模型

4.4喷漆机械手动力学建模

4.5本章小结

第5章集装箱喷漆机器人虚拟分析

5.1虚拟样机理论综述

5.1.1虚拟样机的概念

5.1.2虚拟样机技术的形成和发展

5.1.3虚拟样机技术的应用

5.2机器人虚拟样机模型建立

5.2.1 SOLIDWORKS软件简介

5.2.2 ADAMS软件简介

5.2.3 SOLIDWORKS与ADAMS的接口

5.2.4 SOLIDWORKS与ADAMS传递的几个问题

5.3喷漆机器人的仿真分析

5.3.1喷漆机器人虚拟运动学分析

5.3.2喷漆机器人虚拟动力学分析

5.4本章小结

第6章全文总结

6.1结论

6.2研究与展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士期间发表的论文