关节式四自由度码垛机器人结构设计及仿真研究.docx

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1、硕士学位论文MASTERSDISSERTATION论文题目关节式四自由度码垛机器人结构设计及仿真研究作者姓名李渊龙学位类别工程硕士指导教师张立杰教授2017年5月中图分类号:UDC:622学校代码：10216密级：公开工程硕士学位论文（工程设计型）关节式四自由度码垛机器人结构设计及仿真研究硕士研究生：李渊龙导师：张立杰教授副导师：杨小川高级工程师申请学位：工程硕士工程领域：机械工程所属学院I机械工程学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanicalEngineeringStructuraldesignanddynamicsimulationre

2、searchof4-Dofjointrobotby1.iYuanlongSupervisonProfessorZhangl.ijieYanshanUniversityMay,2017燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文反关节式四自由度码垛机涔人结构设计及仿真研究，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出范要贡献的个人和集体.均已在文中以明确方式注明“本声明的法律结果将完全由本人承担.作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书关节式四自由度码垛

3、机器人结构设计及仿真研究系本人在燕山大学攻读领上学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文.本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了静燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本,允许论文被查阅和借阅，木人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它反制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密口，在年解密后适用本授权书.本学位论文属于不保密口。（请在以上相应方框内打）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要在机械化生产的当今社会，工业机器人普及越来越广，越来越多的单重发性的工作由机器人所承担。快速的产

4、品搬运、产品输送往往关系到可观的经济效益。因此人们对工业机器人提出了更高的要求，能够快速、准确、安全地完成各种产品的搬运工作是当今码垛机器人进行设计研究的重点。我国在码垛机器人领域的研窕起步较晚，大部分都是借鉴发达国家的研究，由于技术封锁,我国码垛机器人的研究水平与发达国家相比尚有一定的差距.因此加快我国对码垛机器人的设计研究显得尤为里要-本文从机械设计选型到三维建模，再到模拟仿真，最后到制作样机进行试验，给出了整套的关于关节式四自由度码垛机器人结构设计及运动分析方法。并可以为今后类似的码垛机器人设计研究提供一定程度上的借鉴。首先，根据所要达到的工作要求，确定了码垛机器人的构型方案，并根据设计

5、要求将码垛机器人的主要尺寸计算出来，然后选定驱动机构.利用三维建模软件Solidworks将机器人的主要驮动部分设计出来.通过计算和相关模拟仿真得到主要零部件的工作参数.进而完成零部件的选定。最终得到整个码垛机器人的三维模型.其次，将模型进行一定的简化，充分利用有限元分析工具来对所设计的码垛机器人进行研究，保证码垛机器人的强度和设计寿命能够满足使用要求并且具有良好的动态特性，不易发生共振现软。再次对码垛机器人进行运动学分析及仿克，利用D-H法建立机器人的运动学数学模型,分析计算得到运动学正反解,再利用ADAMS仿真软件和MAT1.AB画图软件对机器人的位置、速度和加速度进行分析，最后画出机器人

6、的工作空间并进行运动学仿真分析。最后，根据所完成的结构设计，完成样机的制造.搭建相关的测试平台，对样机进行受力测试，分析样机的工作性能.关健伺：码垛机器人:有限元分析:运动仿真：样机测试AbstractIntodayssocietyofmechanizedProdUCIiOnJndMrialrobotsarebecomingmorepopular.andmoreandmoresinglerepetitiveworkisbornebyrobots.Rapidproducthandling.proostofwhicharcbasedontheresearchofdevelopedcountries

7、.Ductothetechnicalblockadc.thclevelofresearchonpalletizingroboisinourcountryissillinferiorfromthatOfdevelopedcountries.Thcrcforc.itisvcrjimportanttoacceleratethedesignofpalletizingrobotinChina.Inthispaper.fromthemechanicaldesigntothethree-dimensionalmodeling.andthentothesimulation.andfinallytothepro

8、totypetest,givenasetoffbur-dcgrcc-of-freedomonIhcjointstructureandmotionanalysisoftheslackingmethod.Anditcanprovideacertaindegreeofreferenceforthefuturedesignofsimilarstackingrobots.Firstly.accordingtotheworkrequirementstobeachieved.thepalletizingrobotconfigurationschemeisdeterminedandthemaindimensi

9、onsofthepalletizingrobotarecalculatedaccordingtothedesignrequirements.andthenthedrivingmechanismisselected.Utilize3DmodelingsoftwareSolidworkstodesignthemaindrivepartoftherobot.Throughthecalculationandrelatedsimulationsimulationofthemainpartsoftheoperatingparameters.andthencompletetheselectionofpart

10、s.Andfinallythethree-dimensionalmodelof(hewholepalletizingrobot.Sccondly.thcmodelissimplifiedandthefiniteelementanalysistoolisusedtostudythepalletizingrobot.ThestrengthanddesignlifeofthepalletizingrobotcanmeettherequirementofuseandhavegooddynamicCharaCICriSlics.ltisnoteasytoresonate.Thcn.thckinemati

11、csanalysisandsimulationofthepalletizingrobotarecarriedout.ThekinematicsmodeloftherobotisestablishedbyD-Hmclhcl.Thckinematicpositive-Il-AhUraClandnegativesolutionsarecalculatedandanalyzedIheosition.velocityandaccelerationoftherobotarcsimulatedbyADAMSsimulationsoftwareandMAT1.ABdrawingsoftware.Finally

12、jhcworkingspaceoftherobotisdrawnandlhckinematicssimulationanalysisiscarriedout.FinalIy.accordingtothecompletionofthestructuraldesign,comletetheprototypemanufacturing.buildtherelevanttestlaform.herotolyeoftheforcetest,analysisoftheworkpcrfbr11anccoflhcprololypc.Keywords:palletizingrobot;finiteclement

13、analysis;motionSimUIaIion;PrOIoIyPCtesting-m-目录摘SIABSTRACTIll第1章11.1 课题研究背景I1.2 码垛机器人研究现状与发展趋势21.2.1 码垛机器人研窕现状21.2.2 码垛机器人发展趋势41.3 本文的主要研究内容4第2章码螺机人整体设计62.2 码垛机器人设计方案62.2.1 码垛机器人工作要求介绍62.2.2 垛机器人构型方案确定72.2.3 驱动机构的确定1()2.2.4 码垛机器人基本尺寸确定122.3 码垛机器人三维建模162.3.1 蚂垛机器人端部及其邪动设计162.3.2 码垛机器人判部设计172.3.3 码垛机器

14、人臂部驱动机构设计182.3.4 码垛机器人底座及其驱动设计192.3.5 码垛机器人笛体结构202.4 码垛机器人主要部件的计兑及选型212.4.1 直流伺服电机的计算及选型212.4.2 齿枪减速潺的计算及选型232.4.3 同步齿形带的计算及选型242.4.4 滚珠丝杠的计算及选型252.4.5 直线上轨的计算及选型272.5 本章小结29第3章码螺机人皆部机构利隈元分析3()3.1 引言303.2 有限元软件介绍30-IV.3.3 模型简化及划分网格313.4 好力学分析333.4.1 添加约束及载荷333.4.2 求解运算及结果分析343.5 疲劳寿命分析393.5.1 码垛机器人寿命需求413.5.2 疲劳载荷谱编制413.6 模态分析443.6.1 模态提取法453.6.2 计算结果及分析46374：52第4章码堤机0人运动学分析及仿真534.1 Ulci534.2 D-H坐标系及运动学数学模型534.2.1 机器人坐标系534.2.2 基于D-H法的机潜人运动学数学模型544.3 码垛机器人运动学正逆解554.3.1 位置分析554.3.2 速度604.3.3 加速