面向报废汽车拆卸的虚拟机器人技术及仿真研究

论文摘要

作好报废汽车回收、拆解和循环再利用工作,对保护环境、节约能源具有重要的意义。然而,我国报废汽车的拆解工作才刚刚起步,存在拆解工具落后、拆解手段原始、回收率低下等问题。因此,有必要在报废汽车处理过程中使用一些辅助工具或设备来提高报废汽车的处理效率、减轻工人劳动强度、提高有价值件回收率。鉴于此,在研究国内外报废汽车拆解现状的基础上,将机器人应用于报废汽车处理过程,提出了虚拟环境下研究报废汽车拆解和机器人动作仿真的方法。面向报废汽车拆卸的虚拟机器人技术和仿真的研究从四个方面展开:首先,根据报废汽车的现代化处理流程,提出了破坏性拆卸和选择性拆卸相结合的拆卸方式,把机器人工具技术和系统动态识别方案应用在报废汽车处理过程中,在详细探讨拆卸单元组成的基础上,指出了机器人单元对报废汽车拆卸的重要意义;其次,提出了基于真实机器人虚拟化方案,以FANUC Mi6B机器人为原型创建虚拟机器人,部分地实现了运动学上与真实机器人一致;再次,改进报废汽车拆卸序列规划方案,将目标拆卸件周围连接设备拆除的拆卸序列规划方法,把破坏性拆卸和机器人约束纳入拆卸序列规划的考虑范围。分析虚拟环境下拆卸约束,对空间各目标拆卸件和有价值拆卸件的局部坐标系进行标定,利用4阶位姿矩阵和运动矩阵表示空间拆卸件位姿和运动变换。详细分析机器人工具定位过程,提出工具定位方法,从零件拆卸动作原理推导出了机器人工具运动变换矩阵;最后,用混合开发方式,在工程软件中开发了虚拟机器人动作操作面板,实现了报废汽车处理简单过程的机器人动作仿真,并以车门为例对虚拟机器人进行了拆卸动作仿真。仿真过程可以帮助拆卸规划人员发现一些没考虑到的干涉的存在,还可以检验预先规划的局部拆除方向和拆卸路径等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题的意义
• 1.3 课题的国内外研究现状
• 1.4 论文的研究内容和章节
• 第二章 机器人在报废汽车拆卸中的应用
• 2.1 概述
• 2.2 报废汽车拆卸方式
• 2.3 面向报废汽车拆卸的机器人工具技术
• 2.3.1 机器人工具分类
• 2.3.2 面向报废汽车拆卸的机器人工具自动更换技术
• 2.4 面向报废汽车拆卸的动态识别技术
• 2.5 面向报废汽车拆卸的机器人工作单元
• 2.6 本章小结
• 第三章 面向报废汽车拆解的虚拟机器人建模
• 3.1 概述
• 3.2 虚拟机器人模型构建方式
• 3.2.1 虚拟机器人构造
• 3.2.2 D-H 法坐标系与机器人运动学
• 3.2.3 机器人运动学
• 3.3 虚拟机器人建模
• 3.3.1 几何模型
• 3.3.2 虚拟机器人模型装配
• 3.3.3 虚拟机器人参数预设定
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于虚拟机器人的报废汽车拆卸技术
• 4.1 概述
• 4.2 基于机器人的报废汽车虚拟拆卸序列规划
• 4.3 拆卸空间约束表示
• 4.4 机器人工具操作技术
• 4.4.1 机器人工具操作过程分析
• 4.4.2 虚拟拆卸中机器人工具定位
• 4.4.3 仿真中的零件拆卸动作原理
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于虚拟机器人的拆卸运动过程仿真及实现
• 5.1 概述
• 5.2 面向报废汽车拆卸的虚拟机器人动作仿真方法
• 5.3 虚拟机器人动作仿真
• 5.3.1 虚拟机器人仿真模块划分
• 5.3.2 虚拟机器人仿真模块实现方式
• 5.4 虚拟拆卸机器人仿真实例
• 5.4.1 虚拟机器人界面
• 5.4.2 车门拆卸过程仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 本文的主要研究成果
• 6.2 研究尚存在的问题和展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录一
• 附录二