烟箱开箱机器人的研究

论文摘要

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要自动化装备。随着机器人技术及其产品的快速发展,机器人已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。在烟草生产行业中,很多生产环节都采用了机器人,机器人技术的应用极大的提高了烟草的生产效率,使产品质量得到极大的提高。·随着烟草加工自动化程度的逐渐提高,对在烟草行业中使用的机器人的相关研究也日益广泛起来。本课题针对我国卷烟生产中的烟叶包装箱自动开箱环节中的开箱机器人进行研究,按照开箱机器人在生产线中的工作特点,对开箱机器人进行运动学研究和动力学研究。首先,本文建立开箱机器人运动学模型,分析了其运动学的正问题和逆问题,推导了机器人运动速度的雅克比矩阵。然后,对开箱机器人进行动力学和静力学分析,建立了开箱机器人的动力学方程,并对动力学方程进行了分析,对开箱机器人的臂杆平衡方法进行了讨论。最后,本文运用UG仿真分析软件对开箱机器人进行运动仿真分析,利用仿真结果对开箱机器人的工作范围和空载运动进行验证,并分析了各关节的运动特性,讨论了一定条件下关节驱动器的力矩曲线和各关节运动关系曲线的变化,为开箱机器人的本体和控制器设计提供了理论基础,有效提高了开箱机器人的设计质量和缩短设计周期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 机械手简述
• 1.1.1 机械手的组成
• 1.1.1.1 执行机构
• 1.1.1.2 驱动系统
• 1.1.1.3 控制系统
• 1.1.2 机械手的分类
• 1.1.2.1 按用途分
• 1.1.2.2 按驱动方式分
• 1.2 机器人技术的发展概况
• 1.2.1 机器人的运动学发展概况
• 1.2.2 机器人的动力学发展概况
• 1.2.3 机器人仿真技术的开发概况
• 1.3 复烤烟叶的包装和拆包装过程概述
• 1.3.1 复烤生产中的烟叶加工和包装过程简介
• 1.3.2 自动开包系统在烟包拆包装中的应用
• 1.4 本课题研究的意义和背景
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第二章 开箱机器人工作特点及组成
• 2.1 开箱机器人的工作流程和工作条件分析
• 2.2 物料结构和运动形态分析
• 2.3 开箱机器人的组成及总体方案
• 2.4 小结
• 第三章 开箱机器人运动学分析
• 3.1 引言
• 3.2 数学基础理论
• 3.2.1 刚体位姿的表示和齐次变换
• 3.2.2 机器人臂杆的坐标系描述
• 3.2.3 机器人臂杆的几何参数及关节变量
• 3.2.4 机器人臂杆坐标系建立的D-H表示
• 3.2.5 机器人的雅可比矩阵及奇异性分析
• 3.2.5.1 微分运动变换
• 3.2.5.2 雅可比矩阵
• 3.2.5.3 雅可比矩阵奇异分析
• 3.3 开箱机器人的关节模型及运动分析
• 3.4 开箱机器人的运动学位姿正解
• 3.5 开箱机器人的运动学位姿逆解
• 3.6 开箱机器人的雅可比矩阵
• 3.7 小结
• 第四章 开箱机器人静力学和动力学分析
• 4.1 引言
• 4.2 开箱机器人关节模型运动分析
• 4.3 机器人静力学分析基础
• 4.3.1 手杆之间的静力传递
• 4.3.2 机器人的静力平衡
• 4.4 开箱机器人的静力学分析
• 4.5 开箱机器人的动力学模型
• 4.5.1 多刚体动力学的常用建模方法
• 4.5.2 各种建模方法的特点比较
• 4.5.3 机器人拉格朗日运动方程式
• 4.5.4 开箱机器人各连杆的动能及势能
• 4.5.5 开箱机器人的拉格朗日动力学模型
• 4.6 开箱机器人的动力学模型分析及其臂杆平衡
• 4.6.1 开箱机器人的动力学模型分析
• 4.6.2 开箱机器人的臂杆平衡
• 4.7 小结
• 第五章 开箱机器人仿真分析
• 5.1 基于Unigraphics软件的开箱机器人建模
• 5.1.1 Unigraphics软件介绍
• 5.1.2 开箱机器人实体造型
• 5.2 开箱机器人运动学仿真分析
• 5.2.1 Unigraphics运动分析模块介绍
• 5.2.2 开箱机器人虚拟样机建立
• 5.2.3 运动学仿真分析
• 5.3 开箱机器人动力学仿真分析
• 5.3.1 动力学仿真模型准备
• 5.3.2 动力学仿真分析
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 开箱机器人实体图