本文關鍵詞：碼垛機器人的運動學分析與殘余振動抑制研究

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【摘要】：機器人作為一種機電一體式的自動化生產(chǎn)設備,能夠改善勞動條件、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質量,因而被廣泛地應用于生產(chǎn)和生活等各種領域。隨著工業(yè)機器人技術的不斷發(fā)展,碼垛機器人作為一種搬運工具,是物流、搬運及碼垛等行業(yè)中的關鍵設備,如何提高其控制精度和穩(wěn)定性,已成為碼垛機器人應用領域研究的熱點問題,故針對碼垛機器人的設計改進和性能研究便具有重要意義。四軸驅動串聯(lián)型碼垛機器人具有機身小、質量輕、動作靈活、工作空間大等優(yōu)點,是工業(yè)應用中較為常見的類型。但此類型機器人是典型的柔性機構,在運動過程中會發(fā)生彈性變形,運動結束后柔性關節(jié)處存在殘余振動,這會嚴重影響碼垛機器人的定位精度和控制穩(wěn)定性。本文以四軸驅動式串聯(lián)型碼垛機器人為對象,對其進行了運動學分析和殘余振動抑制等研究。首先,根據(jù)國內外碼垛機器人的結構特征,確定碼垛機器人的整體設計方案。使用SolidWorks軟件設計出碼垛機器人的機構模型,并以該模型為基礎加工出碼垛機器人的本體樣機;以機構本體為骨架,安裝控制系統(tǒng),搭建碼垛機器人的實驗平臺。其次,對碼垛機器人進行運動學分析。采用D-H方法建立碼垛機器人的運動學模型,并通過連桿變換矩陣及運動學方程完成運動學正逆解計算;基于MATLAB軟件對碼垛機器人進行工作空間分析和運動學仿真;基于VC++6.0編程和OpenGL技術編寫碼垛機器人的三維可視化仿真軟件,通過人機界面交互,實現(xiàn)碼垛機器人的運動控制與實時仿真,即提供示教功能。最后,對碼垛機器人進行殘余振動抑制研究。利用拉格朗日函數(shù)推導出碼垛機器人的動力學方程,并建立各驅動關節(jié)處的動力學模型;采用PID控制器實現(xiàn)對給定末端軌跡的跟蹤控制;基于MATLAB軟件對碼垛機器人進行動力學計算;針對碼垛機器人運動過程中各柔性關節(jié)處存在殘余振動的問題,引進脈沖整形輸入和最優(yōu)整形輸入兩種抑制方法,并通過仿真與實驗對脈沖整形輸入的抑制效果進行驗證。仿真與實驗結果均表明脈沖整形輸入能夠很好的抑制殘余振動,進而提高系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：碼垛機器人 運動學分析 OpenGL顯示 動力學分析 殘余振動抑制
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 研究背景及意義11
• 1.2 碼垛機器人研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國外碼垛機器人研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內碼垛機器人研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 碼垛機器人研究方法綜述14-18
• 1.3.1 運動學分析方法14-15
• 1.3.2 動力學建模方法15-16
• 1.3.3 殘余振動抑制方法16-18
• 1.4 論文主要工作和章節(jié)安排18-19
• 1.5 本章小結19-20
• 2 碼垛機器人的整體方案設計20-27
• 2.1 機構本體的方案設計20-22
• 2.1.1 碼垛機器人的技術參數(shù)20-21
• 2.1.2 碼垛機器人的機構本體21-22
• 2.2 控制系統(tǒng)的方案設計22-25
• 2.2.1 控制系統(tǒng)的硬件組成23-24
• 2.2.2 控制系統(tǒng)的軟件組成24-25
• 2.3 碼垛機器人實驗平臺的搭建25-26
• 2.4 本章小結26-27
• 3 碼垛機器人的運動學分析27-47
• 3.1 機器人運動學分析基礎27-29
• 3.1.1 空間剛體位姿的描述27-28
• 3.1.2 空間連桿變換的描述28-29
• 3.2 碼垛機器人的運動學求解29-38
• 3.2.1 碼垛機器人的運動學正解31-32
• 3.2.2 碼垛機器人的運動學逆解32-35
• 3.2.3 末端執(zhí)行器的工作空間分析35-36
• 3.2.4 雅克比矩陣的計算36-38
• 3.3 運動模型的搭建與MATLAB仿真38-41
• 3.3.1 GUI仿真界面與Simulink模型39-40
• 3.3.2 基于MATLAB的碼垛機器人的運動仿真40-41
• 3.4 基于Open GL的三維可視化運動仿真41-46
• 3.4.1 Open GL技術簡介41-42
• 3.4.2 Deep Exploration軟件簡介42-43
• 3.4.3 碼垛機器人的Open GL建模43-45
• 3.4.4 碼垛機器人三維可視化仿真軟件的設計45-46
• 3.5 本章小結46-47
• 4 碼垛機器人的殘余振動抑制研究47-65
• 4.1 基于拉格朗日方法的動力學分析47-54
• 4.1.1 碼垛機器人的動力學方程47-50
• 4.1.2 柔性驅動關節(jié)的動力學模型50-53
• 4.1.3 基于MATLAB的碼垛機器人的動力學計算53-54
• 4.2 碼垛機器人殘余振動的抑制方法54-59
• 4.2.1 脈沖整形輸入的原理54-57
• 4.2.2 最優(yōu)整形輸入的原理57-59
• 4.3 基于脈沖整形輸入的運動仿真與實驗59-64
• 4.3.1 動力學模型的MATLAB仿真結果61-63
• 4.3.2 殘余振動抑制的實驗結果63-64
• 4.4 本章小結64-65
• 5 總結與展望65-67
• 5.1 總結65
• 5.2 展望65-67
• 參考文獻67-71
• 攻讀碩士學位期間的研究成果71-73
• 致謝73

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本文編號：895156