复杂环境侧装装校机器人的设计与研究

发布时间：2017-07-30 03:11

  本文关键词：复杂环境侧装装校机器人的设计与研究

  更多相关文章： 光学模块 装校机器人 运动学分析 工作空间 有限元分析

【摘要】：在某工程建设中,有大量的洁净精密光学模块需要从侧面装入到主体装置。这些模块种类繁多,外形尺寸、结构和重量也有很大差别,每类模块都有其独特的安装位置,安装空间复杂且狭小,安装到位的过程中需要对模块的姿态进行调整而且有一定的精度要求,安装作业任务频繁而严峻。本文正是针对该安装作业任务的需要,设计一台满足所有侧装光学模块的安装需求并具有一定精度和作业效率的八自由度串联侧装装校机器人。论文首先介绍国内外冗余度机器人的发展现状和运动学研究现状,对装校系统的作业环境、作业对象和作业流程进行详细的介绍和分析,在此基础上提出装校机器人的功能和技术指标。结合装校作业的实际情况,通过冗余度机器人的构型比较确定装校机器人的总体设计方案。随后,简要介绍机器人运动学分析的数学理论,采用D-H参数法建立装校机器人的运动学模型,完成机器人的正向运动学分析。针对八自由度串联机器人逆向运动学分析的难点,采用“关节变量虚化法”,重新构建了一个“虚拟六自由度机器人”,采用解析法求出其逆解后,以“占用空间最小”为优化原则,利用1stOpt软件中的麦夸特算法得到八自由度装校机器人的优化逆解结果,并且通过实例验证逆向运动学方法的可靠性。然后,利用Matlab中的Robotics Toolbox对正、逆运动学进行仿真,直观地确定正逆向运动学分析方法的正确性和机构设计的合理性。根据正向运动学结论,采用蒙特卡罗方法,借助Matlab软件对装校机器人的工作空间进行仿真分析,表明机构可以满足实际的装校作业需求。最后,应用Ansys Workbench对装校机器人的两种工况进行静力学分析和模态分析,得到其最大变形值和应力值,结果表明机构变形量和强度满足要求;确定机构的固有频率和模态振型,为避开共振提供了依据。
【关键词】：光学模块 装校机器人 运动学分析 工作空间 有限元分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 课题背景、研究目的及意义8
• 1.1.1 课题背景8
• 1.1.2 研究目的和意义8
• 1.2 冗余度机器人的特点及发展概况8-13
• 1.2.1 冗余度机器人的特点9
• 1.2.2 冗余度机器人的国内外发展现状9-13
• 1.3 冗余度机器人的运动学研究现状13-16
• 1.3.1 逆向运动学的代数解析法13-14
• 1.3.2 逆向运动学的几何解析法14-15
• 1.3.3 逆向运动学的数值解法15-16
• 1.4 论文主要研究内容16-18
• 2 机构总体设计18-30
• 2.1 装校系统概述18-23
• 2.1.1 装校作业环境19-20
• 2.1.2 装校对象20-22
• 2.1.3 装校流程与功能分析22-23
• 2.2 装校机器人的总体设计23-29
• 2.2.1 装校机器人的主要技术要求23
• 2.2.2 装校机器人的构型综合23-26
• 2.2.3 装校机器人的尺寸综合26-27
• 2.2.4 装校机器人的结构设计27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 3 装校机器人运动学分析30-52
• 3.1 建立机器人模型的数学基础30-33
• 3.1.1 三维空间位姿描述30-31
• 3.1.2 坐标变换31-33
• 3.2 装校机器人正向运动学分析33-39
• 3.2.1 机器人D-H模型的建立方法34-36
• 3.2.2 运动学正解36-39
• 3.3 装校机器人逆向运动学分析39-50
• 3.3.1 运动学逆解的求解思路40-41
• 3.3.2 虚拟六自由度机器人运动学逆解41-46
• 3.3.3 装校机器人运动学逆解46-48
• 3.3.4 运动学逆解的实例验证48-50
• 3.4 本章小结50-52
• 4 基于Matlab的运动学仿真与工作空间分析52-62
• 4.1 构建装校机器人模型52-54
• 4.2 运动学仿真54-56
• 4.2.1 正运动学仿真的实现54-55
• 4.2.2 逆运动学仿真的实现55-56
• 4.3 工作空间分析56-60
• 4.3.1 工作空间的定义及求解方法56-57
• 4.3.2 装校机器人的工作空间分析57-58
• 4.3.3 装校机器人的蒙特卡洛工作空间58-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5 装校机器人静力学分析与模态分析62-72
• 5.1 装校机器人的静力学分析62-67
• 5.1.1 有限元分析技术62-64
• 5.1.2 机构静力学分析64-67
• 5.2 装校机器人的模态分析67-70
• 5.2.1 模态分析理论67-68
• 5.2.2 机构模态分析68-70
• 5.3 本章小结70-72
• 6 总结与展望72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-78

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本文编号：592245