物流机器人方案设计及运动学、动力学研究

论文摘要

由固定在各个工位完成物料抓取作业的搬运作业机器人和完成物料运送作业的轮式移动机器人组成的多机器人协调工作的机器人搬运系统,是柔性制造系统的典型物流搬运装置。论文以机器人搬运系统为对象,研究、设计了一种轮式移动机器人（自动导向车,简称AGV）和一种搬运作业机器人,对搬运作业机器人进行了运动学分析和动力学分析,同时完成了相应的仿真和试验。论文的主要内容有以下几个方面:（1）在论证同类机器人构型的基础上,对两种机器人分别进行了本体方案设计。内容包括构形方案设计、动力方案设计和结构方案设计,并用Solidedge软件建立了机器人三维实体模型;（2）对搬运作业机器人模型进行运动学分析。首先用D—H方法建立了机器人的连杆坐标系,推出了运动学方程;然后用Pieper法并借助z-y-z欧拉角求出了机器人的封闭反解;采用矢量积分法构造出了机器人的雅可比矩阵,在此基础上对机器人进行了速度分析和奇异性分析;为了验证上述解析方法的正确性,用同样的方法求出了Motoman Up50机器人的运动学方程,并通过试验进行了验证。（3）利用虚拟样机技术对搬运作业机器人进行运动学仿真。把Solidedge下建立的机器人三维模型进行处理,并导入ADAMS软件中,建立机器人的仿真模型,然后进行运动学仿真,通过把仿真结果和理论求解结果进行对比,从而验证前面的运动学分析结果。（4）对搬运作业机器人进行动力学分析。首先分析了相邻两连杆的运动学、静力学和动力学关系,然后在Maple软件中编写动力学求解程序,用牛顿-欧拉法推导出了机器人动力学方程。在此基础上,又编写了机器人动力学仿真程序,对动力学方程进行了初步验证。论文所完成的机器人本体方案设计,以及对搬运作业机器人进行的运动学和动力学分析,为课题的进一步研究打下了前提基础,并且文中所采用的一些分析和仿真方法也对同类机器人的开发积累了经验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 机器人概述
• 1.2 两种典型的工业机器人介绍
• 1.2.1 作业机器人
• 1.2.2 移动式搬运机器人
• 1.3 工业机器人在柔性制造系统的应用
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 机器人本体方案设计
• 2.1 AGV本体方案设计
• 2.1.1 设计要求
• 2.1.2 构型方案设计
• 2.1.3 动力方案设计
• 2.1.4 总体结构及方案说明
• 2.2 搬运作业机器人本体方案设计
• 2.2.1 设计要求
• 2.2.2 运动功能方案设计
• 2.2.3 传动系统方案设计
• 2.2.4 总体结构及方案说明
• 2.3 本章小节
• 3 搬运作业机器人运动学分析
• 3.1 概述
• 3.2 位移分析
• 3.2.1 连杆参数及连杆变换
• 3.2.2 运动学方程及其正解
• 3.2.3 运动学反解
• 3.3 速度分析及奇异性分析
• 3.3.1 雅可比矩阵推算及速度分析
• 3.3.2 奇异性分析
• 3.4 Motoman Up50机器人位姿校验试验
• 3.4.1 运动学方程推导
• 3.4.2 位姿校验试验
• 3.5 本章小结
• 4 搬运作业机器人运动学仿真
• 4.1 概述
• 4.2 建立机器人仿真模型
• 4.3 位移分析仿真试验
• 4.3.1 设定关节位移函数
• 4.3.2 末端位姿理论预测
• 4.3.3 ADAMS仿真试验
• 4.4 速度分析仿真试验
• 4.4.1 末端速度理论预测
• 4.4.2 ADAMS仿真试验
• 4.5 奇异性仿真试验
• 4.6 本章小结
• 5 搬运作业机器人动力学分析及仿真
• 5.1 概述
• 5.2 机器人动力学分析基本方法
• 5.2.1 连杆运动参数递推计算
• 5.2.2 连杆静力学分析
• 5.2.3 连杆动力学分析
• 5.3 用牛顿-欧拉法推导机器人动力学方程
• 5.3.1 推导思路及步骤
• 5.3.2 Maple程序求解
• 5.4 机器人动力学仿真
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表论文