齿轮打磨机器人设计和研究

论文摘要

机器人可以被看作是一种能够扩展人类工作能力的有效工具,工业机器人是机器人家族中的一个重要分支,是机器人领域的重要研究发展方向。一般工厂用大齿轮齿面磨损比较厉害,为了节约成本,一般会焊接后进行打磨。手工打磨不仅打磨效率和质量低下,磨屑也危害人体健康。为了提高生产效率及改善作业环境,研制了打磨机器人,以实现打磨过程的自动化、智能化。首先,本文设计了一台四自由度的特种机器人—打磨机器人,由打磨机器人各个关节的协调运动完成对齿轮轮齿渐开线的自动化打磨任务。先根据打磨的要求,确定机器人的机构组成以及自由度和关节坐标形式。然后,以Solidworks软件为基础,对打磨机器人总体结构进行设计。然后,以机械手为研究对象,采用Denavit-Hartenberg方法建立了连杆坐标系下的机械手运动学模型,应用齐次变换矩阵建立运动学方程,以及求运动学模型的整反解,推导出运动中各关节角度公式。根据打磨要求和齿轮的参数确定了渐开线方程,再对各关节角度进行仿真,并确定各个杆件以及打磨头的参数。最后,在笛卡尔空间的轨迹规划则深入讨论了直线函数插值和圆弧插值。根据渐开线的特点确定了时间分割法的渐开线插补方法,应用Matlab软件对渐开线进行插补,得到各个关节的运动学数据,并分析其误差。各个关节位置变化连续、平滑,速度和加速度平稳,能满足精度要求。在已知机器人机构参数和渐开线插补数据的基础上,应用Matlab中的SimMechanics工具箱对机器人进行仿真,得出各个杆件的运动情况以及各个关节的受力情况和末端的轨迹。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外机器人技术的研究现状
• 1.3 工业机器人的应用和发展趋势
• 1.4 机器人轨迹规划
• 1.5 本课题研究的内容
• 第2章 打磨方案设定和结构设计
• 2.1 失效齿轮常用的修复方法
• 2.2 加工方案的确定
• 2.3 模型的建立
• 2.3.1 软件介绍
• 2.3.2 打磨机器人模型
• 2.3.3 齿轮工作台模型
• 2.4 机器人设计注意事项
• 2.4.1 臂部设计
• 2.4.2 腕部设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 打磨机器人的运动学分析
• 3.1 运动学模型的建立
• 3.2 运动学方程的求解
• 3.3 齿轮方程的推导
• 3.4 各个关节长度的选择
• 3.5 本章小结
• 第4章 机器人轨迹规划
• 4.1 轨迹规划综述
• 4.2 直线和圆弧的轨迹规划
• 4.2.1 笛卡尔空间直线轨迹规划方法
• 4.2.2 圆弧插补
• 4.3 渐开线插补方法研究
• 4.3.1 插补算法
• 4.3.2 机器人关节轨迹仿真
• 4.3.3 插补精度分析
• 4.4 轨迹规划中应注意的问题
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于SimMechanics的机构仿真
• 5.1 SimMechanics模块介绍
• 5.2 建立仿真模型
• 5.2.1 机构简图和工作原理
• 5.2.2 创建机器人机构SimMechanics模型
• 5.3 参数设置
• 5.4 仿真结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢