本文選題：碼垛機(jī)器人　切入點：有限元分析　出處：《山東建筑大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,國內(nèi)中小企業(yè)的自動化水平不斷提高。對于勞動力密集的面粉行業(yè)來說,機(jī)器人代替人工碼垛作業(yè),既提高了生產(chǎn)效率,又減少了人工成本,是一種不可阻擋的必然趨勢。不同的面粉生產(chǎn)企業(yè),生產(chǎn)水平存在差異,對于碼垛機(jī)器人性能的要求也不同。本課題來源于企業(yè),針對某面粉廠實際的生產(chǎn)情況,分析面粉袋碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能,并對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。形成一套比較完整的碼垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化方法,希望能為以后機(jī)器人研究提供幫助,具體內(nèi)容如下:首先,分析碼垛機(jī)器人臂部平行四桿機(jī)構(gòu),按照支架到夾持機(jī)構(gòu)的順序,依次建立桿件坐標(biāo)系。對桿件坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣進(jìn)行求解,得到面粉袋碼垛機(jī)器人夾持機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)方程。根據(jù)參數(shù)方程,運用MATLAB編程求解機(jī)器人的工作空間,提出一種平面空間解決立體空間的方法。其次,建立碼垛機(jī)器人實體模型,運用ADAMS模擬機(jī)器人實際的碼垛過程,求解驅(qū)動關(guān)節(jié)的驅(qū)動力矩隨時間變化的過程,同時得到各關(guān)節(jié)速度、加速度以及各關(guān)節(jié)力的變化曲線。分析數(shù)據(jù),完成碼垛機(jī)器人的運動學(xué)與動力學(xué)分析。再次,對面粉袋碼垛機(jī)器人進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析和動力學(xué)校核,運用ANSYS Workbench對機(jī)器人4個極限位置進(jìn)行剛度變形分析,參照關(guān)節(jié)力的變化曲線,對機(jī)構(gòu)三個主要桿件進(jìn)行動力學(xué)強(qiáng)度校核。參照彈性變形理論與第四強(qiáng)度理論完成機(jī)構(gòu)的有限元分析。然后,根據(jù)面粉袋堆垛流程,選取機(jī)器人四個典型位置進(jìn)行模態(tài)分析。運用ANSYS Workbench modal模塊,提取機(jī)器人前六階固有頻率和振型。依據(jù)不同位姿每階固有頻率的振動特性和振型,找到結(jié)構(gòu)動態(tài)薄弱環(huán)節(jié)的影響因素。最后,依據(jù)上述分析結(jié)果,運用復(fù)合形法對機(jī)器人平行四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計,找到在滿足碼垛空間的條件下,各桿件最優(yōu)的長度尺寸參數(shù)。同時得到驅(qū)動角的最優(yōu)旋轉(zhuǎn)范圍,使機(jī)器人的有效碼垛空間達(dá)到最大。大小臂是機(jī)器人結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的兩個桿件,從其結(jié)構(gòu)尺寸與形狀兩個方面對大小臂進(jìn)行有限元優(yōu)化設(shè)計,使其在增加剛度的同時,減少自身的質(zhì)量。
[Abstract]:With the rapid development of economy, the automation level of small and medium-sized enterprises in China has been improved. For the labor-intensive flour industry, robot instead of manual palletizing not only improves the production efficiency, but also reduces the labor cost. It is an irresistible inexorable trend. Different flour production enterprises have different production levels and different requirements for the performance of palletizing robots. This topic comes from enterprises and aims at the actual production situation of a flour mill. The structure and mechanical properties of flour bag palletizing robot are analyzed, and the structure optimization design is carried out. A set of complete structural design and optimization method of palletizing robot is formed. It is hoped that this method can be helpful to the future research of flour palletizing robot. The main contents are as follows: firstly, the parallel four-bar mechanism in the arm of palletizing robot is analyzed. According to the order from the support to the clamping mechanism, the coordinate system of the member is established in turn. The transformation matrix of the coordinate system is solved. The position parameter equation of the holding mechanism of the flour bag palletizing robot is obtained. According to the parameter equation, the workspace of the robot is solved by using MATLAB programming, and a method of solving the stereo space in the plane space is put forward. The solid model of the palletizing robot is established, and the actual palletizing process of the robot is simulated by using ADAMS. The process of the driving moment of the actuating joint varies with time, and the velocity of each joint is obtained at the same time. Kinematics and dynamics analysis of the palletizing robot. Thirdly, the finite element statics analysis and the dynamic school core of the flour palletizing robot are carried out. ANSYS Workbench is used to analyze the stiffness and deformation of the robot at four limit positions, and according to the curve of joint force, The dynamic strength of the three main members of the mechanism is checked. The finite element analysis of the mechanism is completed with reference to the elastic deformation theory and the 4th strength theory. Then, according to the process of flour bag stacking, Four typical positions of the robot are selected for modal analysis. The first six natural frequencies and modes of the robot are extracted by using ANSYS Workbench modal module. Finally, according to the above analysis results, the complex method is used to optimize the parameters of the parallel four-bar mechanism of the robot, and find out that under the condition of satisfying the palletizing space, the influence factors of the structural dynamic weak link are found. At the same time, the optimal rotation range of the driving angle is obtained to maximize the effective palletizing space of the robot. The finite element optimization design of the upper arm is carried out from two aspects of its structure size and shape so as to increase its stiffness and reduce its own mass at the same time.
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鐘勇,朱建新;機(jī)器人工作空間求解的新方法[J];鑿巖機(jī)械氣動工具;2003年04期

2 段齊駿;機(jī)器人工作空間配置的可靠性規(guī)劃[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2004年02期

3 鐘勇,朱建新;一種新的機(jī)器人工作空間求解方法[J];機(jī)床與液壓;2004年04期

4 張培艷,呂恬生,宋立博;排球機(jī)器人動作規(guī)劃方法研究[J];機(jī)床與液壓;2004年06期

5 曹毅,王樹新,李群智;基于隨機(jī)概率的機(jī)器人工作空間及其面積求解[J];制造業(yè)自動化;2005年02期

6 胡磊;劉文勇;王豫;欒勝;;骨科機(jī)器人空間設(shè)計方法研究[J];機(jī)器人;2006年04期

7 石磊;;松協(xié)調(diào)下雙臂機(jī)器人的協(xié)作工作空間計算[J];微計算機(jī)信息;2007年24期

8 許衛(wèi)斌;平雪良;應(yīng)再恩;杜永忠;李正洋;;6R型串聯(lián)機(jī)器人工作空間快速求解方法[J];機(jī)械設(shè)計;2013年06期

9 王興海,周迢;機(jī)器人工作空間的數(shù)值計算[J];機(jī)器人;1988年01期

10 郭明,周國斌;多關(guān)節(jié)機(jī)器人工作空間的分析與評價方法[J];機(jī)器人;1988年04期

相關(guān)會議論文 前6條

1 范守文;徐禮鉅;;機(jī)器人工作空間分析的解析法[A];第十四屆全國機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)研討會暨第二屆海峽兩岸機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2004年

2 殷子強(qiáng);張廣軍;袁新;趙慧慧;吳林;;人機(jī)交互式機(jī)器人弧焊再制造系統(tǒng)設(shè)計[A];第十六次全國焊接學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

3 范波濤;閆成新;;噴漿機(jī)器人靈巧度分析[A];面向21世紀(jì)的科技進(jìn)步與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展（下冊）[C];1999年

4 海丹;劉玉鵬;鄭志強(qiáng);;四輪全向機(jī)器人的設(shè)計與控制方法[A];2005中國機(jī)器人大賽論文集[C];2005年

5 高理富;宋寧;;Puma控制器改造中的控制算法探究[A];2003年中國智能自動化會議論文集（上冊）[C];2003年

6 徐曉;翟敬梅;謝存禧;;機(jī)器人柔性裝配單元的設(shè)計[A];第十屆粵港機(jī)電工程技術(shù)與應(yīng)用研討會暨梁天培教授紀(jì)念會文集[C];2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 蔣峻;具有力感知的腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)從動機(jī)器人的研究[D];上海交通大學(xué);2014年

2 管小清;冗余度涂膠機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京理工大學(xué);2015年

3 李騰飛;籠養(yǎng)蛋雞健康行為監(jiān)測機(jī)器人系統(tǒng)研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

4 李睿;機(jī)器人柔性制造系統(tǒng)的在線測量與控制補(bǔ)償技術(shù)[D];天津大學(xué);2014年

5 趙燕鵬;長骨骨折精準(zhǔn)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)研究[D];中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院;2016年

6 黃彪;枇杷剪枝機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];華南理工大學(xué);2016年

7 陳健;面向動態(tài)性能的工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

8 杜亮;六自由度工業(yè)機(jī)器人定位誤差參數(shù)辨識及補(bǔ)償方法的研究[D];華南理工大學(xué);2016年

9 聶華;具柔性脊柱的四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化與控制[D];華中科技大學(xué);2016年

10 韓金華;護(hù)士助手機(jī)器人總體方案及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 鄭為湊;輕工包裝機(jī)器人專用運動控制系統(tǒng)研究[D];江南大學(xué);2015年

2 齊龍;基于視覺的6自由度機(jī)器人焊接控制研究[D];燕山大學(xué);2015年

3 彭真;典型工況下四自由度高速重載機(jī)器人起動特性的研究[D];燕山大學(xué);2015年

4 趙登步;基于機(jī)器視覺的SCARA機(jī)器人快速定位控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];江南大學(xué);2015年

5 邱煥能;機(jī)器人操作臂控制驅(qū)動系統(tǒng)研究[D];華南理工大學(xué);2015年

6 王權(quán);基于大臂并聯(lián)的四自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究[D];鄭州輕工業(yè)學(xué)院;2015年

7 翟美新;基于李群李代數(shù)的機(jī)器人運動特性分析與研究[D];南京理工大學(xué);2015年

8 BUI HUU TOAN;智能服務(wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D];南京理工大學(xué);2015年

9 高君濤;工業(yè)碼垛機(jī)器人的軌跡優(yōu)化及結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計[D];西安建筑科技大學(xué);2015年

10 姜柏森;一種變幾何桁架機(jī)器人運動學(xué)建模及軌跡規(guī)劃算法[D];上海交通大學(xué);2015年

，

本文編號：1616920