發(fā)布時間：2018-01-28 23:25

  本文關鍵詞： 四軸沖壓上下料機器人 優(yōu)化設計 模態(tài)分析 軌跡規(guī)劃　出處：《江蘇大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著制造業(yè)的高速發(fā)展,傳統(tǒng)沖壓生產線由于用工成本上升、效率低以及安全性差等原因,已經越來越不能滿足沖壓企業(yè)的發(fā)展需求。同時,沖壓零件也呈現出小批量、多品種的發(fā)展趨勢。采用機器人組成柔性自動化生產線已成為企業(yè)代替?zhèn)鹘y(tǒng)生產線的首選方式。然而常見的關節(jié)式沖壓上下料機器人存在價格昂貴、維護困難等問題,不適于中小型沖壓企業(yè)使用,為此,本課題開發(fā)了一種價格適宜、靈活性好、維護方便的沖壓上下料機器人,并對其機構設計、零件輕量化、結構優(yōu)化設計、運動學分析、軌跡規(guī)劃等關鍵技術進行了研究。具體研究內容如下:首先,對沖壓生產線工藝流程進行分析,確定沖壓上下料機器人的設計參數,并以此為基礎確定了機器人本體結構與傳動機構的設計方案。使用Solidworks構建了四軸沖壓上下料機器人的三維模型,并完成了各軸伺服電機的選型計算。同時根據配套壓機模具設計了端拾器。其次,針對機器人的機械結構部分。利用Ansys Workbench對關鍵零部件進行了靜強度分析,并在確保零件強度的達標的情況下對零件拓撲優(yōu)化,來達到輕量化的設計目標。同時對小臂進行了多目標優(yōu)化,在保證變形條件與強度條件達標的前提下最大程度的降低小臂質量。最后對機器人整體結構在初始位置與極限位置進行了模態(tài)分析,根據分析結果得出伺服電機運轉時應避開的轉速。最后,針對機器人的傳動機構部分。先運用D-H法構建了四軸沖壓上下料機器人的連桿坐標系,并在此基礎上完成了正、逆向運動學求解。再使用ADAMS對實際工況下機器人的上下料動作完成了運動學仿真,取得端拾器的位移、速度以及加速度曲線,從而驗證設計的合理性,并利用樣機生產實驗來驗證了理論設計的正確性。最后在關節(jié)空間與直角坐標空間對機器人進行了軌跡規(guī)劃研究。在關節(jié)空間對三次多項式插值、五次多項式插值以及“353”多項式插值進行了闡述與仿真,結果驗證了在關節(jié)空間采用高低次結合的多項式插值優(yōu)于單一多項式插值。在直角坐標空間對直線插補進行了闡述與仿真,驗證了在壓力機內部采用直線插補可以保證端拾器的軌跡為直線,從而避免在壓力機內部發(fā)生碰撞。
[Abstract]:With the rapid development of manufacturing industry, the traditional stamping production line has been more and more unable to meet the needs of stamping enterprises because of the rising cost of employment, low efficiency and poor security. Stamping parts also show small batches. Flexible automatic production line composed of robots has become the first choice for enterprises to replace the traditional production line. However, the common joint stamping loading and unloading robot is expensive. Difficult maintenance is not suitable for small and medium-sized stamping enterprises. Therefore, a kind of stamping loading and unloading robot with suitable price, good flexibility and convenient maintenance has been developed, and its mechanism design, parts lightweight. Structural optimization, kinematics analysis, trajectory planning and other key technologies are studied. The specific research contents are as follows: firstly, the process of stamping production line is analyzed. The design parameters of stamping loading and unloading robot are determined. On the basis of this, the design scheme of the robot body structure and transmission mechanism is determined, and the three-dimensional model of the four-axis stamping loading and unloading robot is constructed by using Solidworks. And completed each axis servo motor type selection calculation. At the same time according to the matching press die design end pick up. Secondly. Aiming at the mechanical structure of the robot, the static strength analysis of the key parts is carried out by using Ansys Workbench, and the topology of the parts is optimized under the condition that the strength of the parts is up to the standard. To achieve the lightweight design goal. At the same time, multi-objective optimization of the forearm is carried out. In order to ensure the deformation and strength conditions to meet the requirements of the maximum reduction of the mass of the forearm. Finally, the overall structure of the robot in the initial position and the limit position of modal analysis. According to the analysis results, the rotation speed should be avoided when the servo motor is running. Finally, aiming at the transmission mechanism of the robot, the connecting rod coordinate system of the four-axis stamping loading and unloading robot is constructed by using D-H method. On this basis, the forward and reverse kinematics solutions are completed. Then, the kinematics simulation of the loading and unloading of the robot under actual working conditions is completed using ADAMS, and the displacement, velocity and acceleration curves of the end pickers are obtained. In order to verify the rationality of the design. Finally, the trajectory planning of robot is studied in the joint space and the rectangular coordinate space, and the cubic polynomial interpolation is done in the joint space. The fifth degree polynomial interpolation and "353" polynomial interpolation are described and simulated. The results show that the polynomial interpolation is better than the single polynomial interpolation in the joint space, and the linear interpolation is described and simulated in the rectangular coordinate space. It is verified that the trajectory of the end collector can be kept straight by linear interpolation inside the press, thus avoiding the collision within the press.
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：1471843