具有柔顺手腕的四自由度装配机器人的设计与研究

论文摘要

装配是产品生产的后续工序,在现代化加工和制造业中占有重要地位。机器人自动化装配作业是现代化生产的必然趋势,而且随着社会的发展,自动化装配将逐渐取代人工装配,发挥越来越重要的作用。本文设计了一款具有柔顺手腕的四自由度装配机器人,该机器人具有工作空间大、控制简单、额定负载大、精度适应性强等特点,在装配、物料搬运等方面具有良好的应用前景。本文主要工作如下:首先,分析了平行放大机构的特点并确定了各杆件尺寸;根据设计指标,以平行放大机构为主体结构,对机器人本体结构进行了合理详细的设计。其次,分析并导出了机器人正运动学方程以及运动学逆解,为以后的控制以及轨迹规划奠定了基础;建立了装配机器人的虚拟样机,并利用ADAMS软件,对装配机器人进行了动力学仿真。再者,对平行放大机构的机构误差进行了分析,并讨论了不同杆件制造误差对末端位置精度的影响;同时还分析了杆件柔性对末端位置精度的影响,为全面衡量所设计机器人的精度指标提供了参考。最后,分析了层叠型弹性杆柔顺手腕(RCC)的工作原理,给出了刚度矩阵和RCC主要性能参数的计算表达式,得出了手腕的结构参数和性能参数,并设计了RCC手腕的结构;为了弥补理论分析中存在过多假设的不足,文中利用ANSYS非线性有限元方法对手腕进行了仿真,验证了所设计柔顺手腕的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及来源
• 1.2 国内外装配机器人的发展概述
• 1.3 典型装配机器人介绍
• 1.4 柔顺手腕概述
• 1.5 各类机器人技术特性比较
• 1.6 本课题的研究内容
• 第2章 装配机器人结构设计
• 2.1 总体技术方案制定
• 2.2 平行放大机构设计
• 2.2.1 平行放大机构的特点
• 2.2.2 比例系数K 的确定
• 2.2.3 杆件尺寸设计计算
• 2.2.4 平行放大机构三维装配图
• 2.3 腰部回转机构设计
• 2.4 X/Z 向移动机构设计
• 2.5 位姿保持机构设计
• 2.6 腕部结构设计
• 2.7 机器人三维模型图
• 2.8 本章小结
• 第3章 机器人运动学分析和动力学仿真
• 3.1 引言
• 3.2 机器人运动学分析
• 3.2.1 正运动学
• 3.2.2 逆运动学
• 3.3 动力学ADAMS 仿真
• 3.3.1 装配机器人仿真模型的建立
• 3.3.2 仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 精度分析
• 4.1 引言
• 4.2 装配机器人的误差来源
• 4.3 平行放大机构误差分析
• 4.3.1 环路增量法
• 4.3.2 平行放大机构误差分析
• 4.3.3 平行放大机构分析计算
• 4.3.4 杆件尺寸误差对末端位置精度的影响
• 4.3.5 关节不同线对末端位置精度的影响
• 4.3.6 组合误差实例
• 4.4 杆件柔性对末端位置精度的影响
• 4.4.1 ADAMS/Flex 柔性体仿真
• 4.4.2 柔性体仿真结果
• 4.5 控制精度以及传动精度对精度的影响
• 4.6 装配机器人的总体精度
• 4.7 本章小结
• 第5章 柔顺手腕研究
• 5.1 引言
• 5.2 RCC 手腕的原理
• 5.3 RCC 手腕的设计分析
• 5.4 RCC 手腕结构设计
• 5.5 RCC 手腕的有限元分析
• 5.5.1 RCC 手腕的参数化建模
• 5.5.2 单元类型以及材料模型的定义
• 5.5.3 网格划分及施加边界条件
• 5.5.4 求解及结果显示
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢