發(fā)布時(shí)間：2016-06-23 08:22

在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)器人需要具備足夠的自由度才能執(zhí)行并完成給定的任務(wù)。實(shí)際工作中，機(jī)器人至少需要具備6個(gè)自由度，方可讓末端的執(zhí)行器在空間中達(dá)到任意位置并做出任意姿態(tài)。針對(duì)某一特定的末端執(zhí)行器位置與姿態(tài)，冗余自由度機(jī)器人因?yàn)橛兄程囟üぷ魅蝿?wù)空間維數(shù)更多的自由度，因此，一般情況下，冗余自由度機(jī)器人可做出無窮多組關(guān)節(jié)構(gòu)型，這些構(gòu)型均能滿足給定的任務(wù)要求。在一些苛刻的實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，既要使機(jī)器人能順利地完成給定任務(wù)，又要符合特定的要求，比如減少奇異位姿的產(chǎn)生、避免關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)超界、動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化、優(yōu)化關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度、實(shí)現(xiàn)機(jī)器人更好的吳活避障等。冗余機(jī)器人的冗余特性可滿足上述要求。另外，通過變換機(jī)器人的關(guān)節(jié)構(gòu)型，也可滿足上述要求。在冗余自由度機(jī)器人中，七自由度工業(yè)機(jī)器人的冗余特性最具有代表性，一種典型的七自由度工業(yè)機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示.

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第2章前后大臂偏置式七自由度機(jī)器人結(jié)狗與驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

2.1引言

七自由度工業(yè)機(jī)器人是一種剛、柔精合的高端智能裝備。機(jī)構(gòu)型式設(shè)計(jì)的好壞，會(huì)對(duì)機(jī)器人的性能產(chǎn)生極大的影響，因此，機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì)非常重要。除了要考慮滿足剛度、強(qiáng)度和可靠性的靜態(tài)設(shè)計(jì)要求，七自由度工業(yè)機(jī)器人還要有靈活性好、準(zhǔn)確性高、重復(fù)定位精度高、平穩(wěn)性優(yōu)等動(dòng)態(tài)性能。連軒和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)式運(yùn)動(dòng)副組成的坐標(biāo)形式是七自由度工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮問題。為此，本文提出的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則如下：（1）工作空間范圍大。由于各種實(shí)際工作的需要，七自由度王業(yè)機(jī)器人工作空間越大越好，機(jī)器人因此可非常靈活地到達(dá)工作所需要的范圍中的任意位置并實(shí)現(xiàn)任意姿態(tài)，且工作空間越大，機(jī)器人的通用性也就越強(qiáng)。

2.2前后大臂偏置式七自由度工業(yè)機(jī)器人定義與特點(diǎn)

（1）本章開發(fā)了一種機(jī)構(gòu)形式更為合理的前后大臂偏置式七自由度工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)，從而拓寬了其工作空間范圍，提高了避障性，消除了部分奇異點(diǎn)。（2）本章提出了一種基于能量耗散來反求功率的機(jī)械結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。（3）本章采用模塊，依次求得了驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)的所需功率，然后選定了合適的伺服電化及相應(yīng)的諧波減速器與RV減速器。完成了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和關(guān)節(jié)部位的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后，完成了前后大臂偏置式七自由度工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械本體系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其總成。

第3章偏置式七自由度機(jī)器人關(guān)鍵部位輕量化設(shè)計(jì)........26

3.1引言.........26
3.2關(guān)鍵零件的參數(shù)化建模、網(wǎng)格劃分......26
3.3關(guān)鍵零件的靜力分析......27
3.4關(guān)鍵零件的靈敏度分析與多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)......29
3.5偏置式七自由度工業(yè)機(jī)器人的靜力分析與驗(yàn)證.....40
3.6本章小結(jié).....42
第4章偏置式毛自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析.......44
4.1引言.......44
4.2偏置式七自由度工業(yè)機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)研究......45
4.3偏置式七自由度工業(yè)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)研究.......51
第5章偏置式七自由度工業(yè)化器人動(dòng)力學(xué)分析.......60
5.1引言....60
5.2基于ADAMS的動(dòng)力學(xué)仿真分析.....60
5.3偏置式七自由度工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)優(yōu)化分析.....67
5.4本章小結(jié)......70

第5章偏置式七自由度工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析

5.1引言

七自由度工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)，主耍研究和分析作用于祝器人上的力和力矩。為了使機(jī)器人加速運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器必須提供足夠的力矩來軀動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。通過建立機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程來確定力、質(zhì)量、和加速度隊(duì)及力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角加速度之間的關(guān)系，并計(jì)算出完成機(jī)器人特定運(yùn)動(dòng)時(shí)各驅(qū)動(dòng)器所需的驅(qū)動(dòng)力。通過機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析，可以依據(jù)機(jī)器人的外部載荷計(jì)算出機(jī)器人的最大載荷，，進(jìn)而為機(jī)器人選擇合適的驅(qū)動(dòng)器。自由度工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的分析和建橫，主要依據(jù)拉格朗日為學(xué)和牛頓為學(xué)等方法進(jìn)行分析。對(duì)于多自由度、三維質(zhì)量分布的工業(yè)機(jī)器人來說，采用拉格朗曰力學(xué)方法可以建立結(jié)構(gòu)完美的化器人動(dòng)力學(xué)方程，但是由于計(jì)算困難，若不加簡化，很難用于機(jī)器人的實(shí)際控制；采用牛頓力學(xué)方法可建立一組效率很高的遞歸方程，但限于其動(dòng)力學(xué)方程結(jié)構(gòu)，很難用于推導(dǎo)高繳控制方法。

5.2基于ADAMS的動(dòng)力學(xué)仿真分析

在添加運(yùn)動(dòng)約束后，需要添加驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的工作過程仿真。根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，由伺服電機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)構(gòu)件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在減逮器與構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)副上添加加逮度驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)模型的運(yùn)動(dòng)仿真。根據(jù)表3.1所示各關(guān)節(jié)技術(shù)參數(shù)，可得各關(guān)節(jié)的額定角速度和達(dá)到額定角速度所需的加速時(shí)間如表5.3所示。
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第6章總結(jié)與展望

本文結(jié)合企業(yè)的實(shí)際研發(fā)霖求，對(duì)前后大臂偏置式七自由度工業(yè)機(jī)器運(yùn)動(dòng)性能仿真及其關(guān)鍵零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)迸行了研究。對(duì)前后大臂偏置式七自由度工業(yè)機(jī)器人的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了研究，完成了一種典型的前后大臂偏置式：旨由度工業(yè)抗器人的機(jī)械本體系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)前、后大臂進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成了化器人整體的有限元靜力學(xué)仿真分祈。對(duì)化器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)性能研究，完成動(dòng)力學(xué)優(yōu)化與分析。本文研究的巧容及其創(chuàng)新點(diǎn)主要有：（1）提出一種前后大臂偏置：自由度工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)，通過政能量耗散來反求功率的方法，實(shí)現(xiàn)化械結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及總成。首先設(shè)計(jì)了一種較為典型的重物模型，接著通過Motion模塊分析，求得了驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)的所需功率，然后造定了合適的伺服電機(jī)及相應(yīng)的諧波減速器與RV減速器，并設(shè)計(jì)了機(jī)械結(jié)構(gòu)，最終完成了前后大臂偏畳式七自由度工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械本體系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：60474