發(fā)布時間：2019-02-19 14:12

【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展,制造集成化與自動化速度越來越快,工業(yè)機器人將發(fā)揮越來越重要的角色。本文的研究對象是MOTOMAN-HP20型工業(yè)機器人,全文圍繞機器人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和機械手臂疲勞壽命預(yù)測兩部分內(nèi)容開展研究。本文第一部分是六自由度工業(yè)機器人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,該系統(tǒng)是利用組態(tài)監(jiān)控軟件Win CC作為上位機,以O(shè)PC方式對機器人的相關(guān)參數(shù)采集處理,最終將機器人的實時參數(shù)信息顯示在上位機上。首先,將上位機軟件Win CC作為服務(wù)器添加OPC驅(qū)動程序,通過OPC的方式連接到機器人控制器PLC上,采集機器人末端位置姿態(tài)信息。然后,MATLAB解出運動學(xué)逆解并返回給OPC服務(wù)器,以便在上位機上顯示機器人的夾角等信息。由于機器人運動學(xué)求解在Win CC中實現(xiàn)起來比較困難,所以引入MATLAB軟件。根據(jù)機器人的運動學(xué)逆解,可解得到機器人關(guān)節(jié)夾角信息;同時,利用MATLAB中的Robotics Tool工具箱函數(shù),實時畫出機器人的三維模型。接著將MATLAB文件轉(zhuǎn)換成*.exe可執(zhí)行文件,嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)中,實現(xiàn)可視化監(jiān)控。最后,在Win CC組態(tài)軟件中利用C腳本程序完成機器人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。監(jiān)控系統(tǒng)包括位姿和夾角信息的顯示、位置分量趨勢圖的顯示、監(jiān)控系統(tǒng)中實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)過程值的歸檔、警報系統(tǒng)的顯示等功能。該系統(tǒng)通過OPC的通訊方式將PLC、Win CC和MATLAB三者有效的統(tǒng)一起來,從而實現(xiàn)了機器人監(jiān)控系統(tǒng)中各模塊之間的通信。第二部分是機器人手臂疲勞預(yù)測方面。本文的設(shè)計方案先對機器人小臂的在Pro/e中建立三維模型,并對該模型進行簡化以便有利于后續(xù)的有限元分析。然后,將模型導(dǎo)入有限元軟ANSYS中,經(jīng)過材料屬性設(shè)定、劃分網(wǎng)格、加載約束和后處理等步驟,求得機器人小臂的應(yīng)力分布結(jié)果。最后,根據(jù)材料的S-N曲線,結(jié)合應(yīng)力結(jié)果,利用ANSYS中的Fatigue模塊對機器人小臂進行了疲勞壽命預(yù)測。得出機械手臂的最小壽命為4.6×10~5次,發(fā)生在與大臂連接的關(guān)節(jié)處。
[Abstract]:With the development of modern industrial automation technology, manufacturing integration and automation are becoming faster and faster. Industrial robots will play a more and more important role. The research object of this paper is MOTOMAN-HP20 industrial robot. This paper focuses on the design of robot monitoring system and fatigue life prediction of robot arm. The first part of this paper is the design of the six degree of freedom industrial robot monitoring system. The system uses the configuration monitoring software Win CC as the upper computer, and uses OPC to collect and process the related parameters of the robot. Finally, the real-time parameter information of the robot is displayed on the upper computer. Firstly, the upper computer software Win CC is used as the server to add the OPC driver, which is connected to the robot controller PLC by the way of OPC to collect the position and attitude information of the robot terminal. Then, MATLAB solves the inverse kinematics solution and returns it to the OPC server, so that the information of the robot's angle can be displayed on the upper computer. The robot kinematics solution is difficult to implement in Win CC, so MATLAB software is introduced. According to the inverse kinematic solution of the robot, the angle information of the robot joint can be obtained, and the three-dimensional model of the robot is drawn in real time by using the Robotics Tool toolbox function in MATLAB. Then the MATLAB file is transformed into *. Exe executable file and embedded in the monitoring system to realize visual monitoring. Finally, the robot monitoring system is designed by using C script program in Win CC configuration software. The monitoring system includes the display of position and angle information, the display of position component trend chart, the archiving of real-time data and historical data process values, the display of alarm system and so on. The system unifies PLC,Win CC and MATLAB effectively through the communication of OPC, and realizes the communication among the modules in the robot monitoring system. The second part is the prediction of robot arm fatigue. In this paper, a three-dimensional model of the robot's forearm is established in Pro/e, and the model is simplified to facilitate the subsequent finite element analysis. Then, the model is introduced into the finite element soft ANSYS, and the stress distribution results of the robot's forearm are obtained through the steps of material attribute setting, meshing, loading constraint and post-processing. Finally, according to the S-N curve of the material and the stress results, the fatigue life of the robot's forearm is predicted by using the Fatigue module in ANSYS. The minimum life span of the manipulator is 4.6 脳 10 ~ (5) times, which occurs at the joint connected with the arm.
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242.2

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本文編號：2426578