本文關(guān)鍵詞： 全周運動 并聯(lián)機構(gòu) 運動學(xué)分析 尺寸優(yōu)化 樣機實驗　出處：《北京交通大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：抓取機器人作為機器人機構(gòu)在工業(yè)機器人領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一,有著廣闊的發(fā)展?jié)摿蜔o可限量的應(yīng)用前景。串聯(lián)式抓取機器人因為工作空間較大,起步較早所以其理論相對完善,控制系統(tǒng)較為簡單等優(yōu)點,在抓取機器人市場占據(jù)著主流位置,然而串聯(lián)式機器人由于其結(jié)構(gòu)特點,存在著剛度較差、精度較差,存在累積誤差和末端件慣性較大等缺點;目前市場上應(yīng)用于抓取操作的并聯(lián)機器人的構(gòu)型主要以Delta機構(gòu)和Par4機構(gòu)為基礎(chǔ),然而相比于串聯(lián)式結(jié)構(gòu),此類并聯(lián)機器人存在著工作空間小,末端動平臺姿態(tài)轉(zhuǎn)角小等缺點,這些缺點在很大程度上限制了其在抓取領(lǐng)域的應(yīng)用。針對上述問題,本次研究的目的是采用并聯(lián)機構(gòu),設(shè)計一種具有全周運動的抓取機器人,使其手爪能夠?qū)崿F(xiàn)無限制的轉(zhuǎn)動。本文應(yīng)擁有無限轉(zhuǎn)動能力的并聯(lián)抓取機器人的市場需求,設(shè)計了一種擁有兩個移動,一個轉(zhuǎn)動的平面三自由度的并聯(lián)抓取機器人。首先,本文結(jié)合機器人機構(gòu)學(xué)的運動學(xué)分析理論,建立了抓取機器人的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上,基于螺旋理論對其自由度進行了求解,對其進行了運動學(xué)反解、正解的計算和速度分析;基于得到的運動學(xué)反解運用二維搜點法繪制了抓取機器人的在平面內(nèi)的位置工作空間,并分析了抓取機器人不同的桿長參數(shù)變化時對其工作空間的影響,然后對抓取機器人的奇異性基于雅克比矩陣進行了分析,得到了其工作空間內(nèi)的雅克比條件數(shù),在雅克比矩陣基礎(chǔ)上對機構(gòu)進行了靈巧性分析和靜剛度分析;然后根據(jù)機器人的結(jié)構(gòu)特點和桿長參數(shù)變化對工作空間的影響的大小,確定了機器人的優(yōu)化變量和約束條件,以抓取機器人的整體靜剛度和位置工作空間為目標(biāo)函數(shù),基于NSGA-II遺傳算法對抓取機器人進行了桿長尺寸優(yōu)化設(shè)計,從優(yōu)化結(jié)果中選取了其中的最優(yōu)解作為抓取機器人機構(gòu)的設(shè)計參數(shù);接著利用Creo2.0軟件建立了機器人的三維模型并導(dǎo)入ADAMS軟件中進行了運動學(xué)仿真,并對比基于MATLAB的運動學(xué)逆解計算結(jié)果驗證了動力學(xué)仿真的正確性,在此基礎(chǔ)上基于給定的抓取和放置任務(wù)進行了軌跡規(guī)劃;最后,對抓取機器人利用有限元分析的方法進行了靜力學(xué)分析,利用3D打印機制作了模型,并最終制作了物理樣機。研究結(jié)果表明所設(shè)計的具有全周運動的抓取機器人擁有平面內(nèi)的三個自由度,且抓取機器人的手爪部分能夠?qū)崿F(xiàn)無限制的轉(zhuǎn)動,滿足了并聯(lián)式抓取機器人的設(shè)計要求。
[Abstract]:As one of the important applications of robot mechanism in the field of industrial robot, grab robot has broad development potential and unlimited application prospect. Because of its relatively perfect theory and simple control system, it occupies the mainstream position in the grab robot market. However, because of its structural characteristics, series robot has poor stiffness and poor precision. At present, the configuration of parallel robot used in grab operation is mainly based on Delta mechanism and Par4 mechanism, but compared with series structure, This kind of parallel robot has some disadvantages, such as small workspace, small attitude angle of the terminal moving platform, and so on, which to a great extent limits its application in the field of grasping. In view of the above problems, the purpose of this study is to adopt parallel mechanism. A grab robot with full cycle motion is designed to realize unlimited rotation of its claws. In this paper, the market demand of a parallel grab robot with infinite rotation capability is proposed, and a kind of parallel grab robot with two movements is designed. A rotating planar three-degree-of-freedom parallel grab robot. Firstly, the mathematical model of the grab robot is established based on the kinematics analysis theory of the robot mechanism. Based on the spiral theory, the degree of freedom is solved, the kinematics inverse solution, the forward solution and the velocity analysis are carried out, and based on the obtained inverse kinematics solution, the workspace of the position of the grab robot in the plane is drawn by using the two-dimensional search point method. Then the singularity of the grab robot is analyzed based on the Jacobian matrix, and the Jacobian condition number in the workspace is obtained. The dexterity analysis and static stiffness analysis of the mechanism are carried out on the basis of Jacobi matrix, and the optimization variables and constraint conditions of the robot are determined according to the structure characteristics of the robot and the influence of the change of the rod length parameter on the workspace. Taking the whole static stiffness and position workspace of the grab robot as the objective function, the rod length optimization design of the grab robot is carried out based on NSGA-II genetic algorithm. The optimal solution is selected as the design parameter of the grab robot mechanism from the optimization results, and then the 3D model of the robot is established by using Creo2.0 software and the kinematics simulation is carried out in the ADAMS software. The results of inverse kinematics solution based on MATLAB are compared to verify the correctness of the dynamic simulation. Finally, the trajectory planning is carried out based on the given grab and placement tasks. The static analysis of grab robot using finite element analysis method is carried out, and the model is made by using 3D printer. Finally, a physical prototype is made. The results show that the designed grab robot with full cycle motion has three degrees of freedom in the plane, and the claw part of the grab robot can be rotated without restriction. The design requirements of parallel grab robot are satisfied.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：1542605