爱问共享资料码垛机器人运动学分析与仿真文档免费下载，数万用户每天上传大量最新资料，数量累计超一个亿 ，码垛机器人运动学分析口芮执元口刘涛兰州理工大学机电工程学院兰州730050与钫真★摘要高速重裁码垛机器人属有色冶金领域关键共性技术以铝锭连铸生产线专用型层码垛机器人为研究对象设计开发了一台4自由度关节型码垛机器人并采用DH法对该机器人的运动学方程进行研究分析对机器人运动进行正运动学求解得到了各关节变量与末端位置运动方程并应用ADAMS软件对机器人进行运动学仿真分析仿真结果验证了理论推导的正确性为以后机器人的静动态特性分析做参考关键词码垛机器人运动学ADAMS中图分类号TP242文献标识码A文章编号...

  码垛机器人运动学分析口芮执元口刘涛兰州理工大学机电工程学院兰州730050与钫真★摘要高速重裁码垛机器人属有色冶金领域关键共性技术以铝锭连铸生产线专用型层码垛机器人为研究对象MATCH_word_73_0开发了一台4自由度关节型码垛机器人并采用DH法对该机器人的运动学方程进行研究分析对机器人运动进行正运动学求解得到了各关节变量与末端位置运动方程并应用ADAMS软件对机器人进行运动学仿真分析仿真结果验证了理论推导的正确性为以后机器人的静动态特性分析做参考关键词码垛机器人运动学ADAMS中图分类号TP242文献标识码A文章编号00704码垛技术是物流自动化技术领域的一门新兴技术特别是机器人码垛技术以其在机械结构适合使用的范围设备占地空间灵活性成本以及维护等方面的优势使其应用渐为广泛并成为一种发展的新趋势机器人运动学分析的目的是分析机器人能否满足工作的要求机器人运动学分析的方法主要有DH法回转变★甘肃省振兴装备制造业重大扶持项目编号ZGS047一A5200104甘肃省自然科学基金资助项目编号096RJZA099收稿日期2009年11B4结论1利用Pro／E参数化建模方法使得建模更加快捷且利用Pro／E与ANSYS的专用接口使得模型的导人更加方便准确可以看出ANSYS进行有限元接触分析的是非常精确为齿轮的优化设计提供了理论参考2利用以上设置ANSYS在求解接触问题时能获得更精确的解利用ANSYS通过静力分析来完成对连续啮合动态过程的仿线可以更清楚地了解齿轮所受接触应力的变化规律可以看出接触应力在单齿啮合阶段是相对较大的且在节线靠近齿根的部分接触应力达到最大值在远离节线的齿顶部位接触应力相对较小这就是为什么点蚀一般发生在节线附近靠近齿根的部位的原因参考文献1朱金波编著．中文版Pro／ENGINEERWildfire3．0工业产品设计完全掌握M．北京兵器工业出版社2007．a蛋譬机械制造48卷第548期换张量法矩阵法等华南理工大学的王浩周青松等人采用DH法建立了6自由度喷涂机器人的运动学模型并在VS．NET平台上用组件技术实现仿真结果验证了算法的正确性武汉科技大学的刘光临安辉等人运用矩阵法对球齿轮机构的机械手进行运动学分析并用Pro／E进行运动学分析得到仿真曲线华南理工大学的曾华森谢存禧等人运用回转变换张量法建立了6自由度喷涂机器人的运动学模型并利用消元法简化了运动学逆解的求解过程并用ADAMS进行张朝晖主编．ANSYSll．0结构分析工程应用实例解析[M．北京机械工业出版社2008．孙桓陈作模．机械原理M．北

  京高等教育出版社2001．濮良贵纪名刚．机械设计fM．北京高等教育出版社2001．杨小兰刘极峰陈施．基于ANSYS的有限元法网格划分浅析[J．煤矿机械．卜忠红刘更吴立言等．基于线性规划法的齿轮啮合刚度与载荷分布计算的改进方法J．机械科学与技术8．F．LLitvinI．GenzalezPerezA．Fuentesetal．DesignGenerationandStressAnalysisofFaceGearDrivewithHelical-Pinion[J]．Comput．MethodsAppl．Mech．Engrg．F．L．LitvinA．FuentesI．GonzalezPerezetal．HandsehuhModifiedInvoluteHelicalGearsComputerizedDesignSimulationofMeshingandStressAnalysis[J]．Comput．Meth-odsAppl．Mech．Engrg．△编辑凌云2010／41J1J1J1J眩DHb№隋万方数据运动仿真高速重载码垛机器人属有色冶金领域关键共性技术其技术长期被国1-垄断铝锭连铸生产线产中的主要关键设备它一次完成铝锭铸造冷却堆垛捆扎打包和成品运输等生产工序是集机电光液气于一体的自动化成套冶金装备铝锭堆垛机器人技术属铝锭连铸生产线关键核心技术国产铝锭连铸生产技术长期受制于铝锭堆垛机器人技术的发展本文以铝锭连铸生产线专用型层码垛机器人为研究对象设计了一台4自由度的关节型码垛机器人并采用DH法对机器人的运动学方程进行研究分析xl-机器人运动进行正运动学求解得到各关节变量与末端位置运动方程然后运用Pro／E三维软件对机器人进行三维实体建模利用Pro／E和ADAMS软件的接口将简化后的机器人模型导入ADAMS中进行运动学仿真分析得到机器人各个关节变量以及末端位置的相x-J-关系曲线和末端速度变化曲线仿真结果可验证机器人运动学理论推导的正确性为后续的机器人静动态特性分析研究打下基础1机器人的设计模型铝锭连铸生产线码垛机器人的工作要求机器人的层码垛速度为8s／循环码垛重量为300kg垂直到达距离为2500mm水平到达距离为2300mm码垛机器人的层码垛速度为8s／循环码垛机器人在初始位置时机器人夹具到铝锭层的距离为1000mm在机器人的一个工作循环中机器人首先从初始位置下移1000mm然后抓取铝锭接着

  返回初始位置腰部关节以2300mm为半径旋转180然后下移1000mrn摆放铝锭最后返回初始位置在这个过程中机器人末端的总位移为11222mm夹紧铝锭为0．58摆放铝锭为1．5s机器人的移动速度就应该达到1870．33mm／s结构图如图1所示本文设计开发的4自由度的关节型码垛机器人它主要由底座腰部大臂小臂手腕5部分组成包括4个旋转自由度分别是腰部旋转关节大臂摆动关节小臂摆动关节腕部旋转关节根据机器人的工作要求机器人的基本结构参数如表12机器人运动学分析可以根据机器人的结构形式建立机器人的连杆坐标系如图2所示关节i的轴线的轴线水平且平行建立连杆坐标系的规贝Ⅱ如下1连杆n坐标系的坐标原点位于凡4-1关节轴线的关节轴线关节轴线公垂线的交点构件转角范围／o长度高度／mm底座185腰部±180695大臂90／一451250小臂15．5／一1201400手腕士1802502z轴与乃1关节轴线X轴与公垂线Y轴按右手螺旋法则确定其连杆参数如表2所示其中晚为连杆转角即关节变量a为连杆扭角口为连杆i一1的长度d为两连杆距离表2机器人的DH参数连杆i变量且／o口一l／o口．一I／mm正／mm关节转角范围／ol9000O±18029090口l270090／一453O0d2l250015．5／一1204O90O山l400±180码垛机器人的4个关节全部都是旋转关节利用广义连杆变换齐次矩阵通式1正为机械制造48卷第548期徙万方数据一1孔c晚一s晚s6I心o一lc研阳jIs￡≯岱clileOisotll001式中solsin鼠c侥COS01i1⋯234根据式1和表2所示的连杆参数可求得如下各连杆变换矩阵oTI2死ClSI5lC10000C3一S3S3C300001死3nc2一s20alO010一s2一c200O001C4一s00OO一1一d000001式中乳sin晚cC08晚i1⋯2341死1乃2扎c3一s3O口25c30O00l0OO01C3一C3S453335S4一Cjs4OO00c2一s2O口l001Os2一c2O00OO1C4一s400O01一出s·c000O001口2一c3出01C3一C3S●占3口2J3一鼬s4一c3一c3d4s4c·000001c2c352毒3一c2cc44-J2s354c2s32C3c2啦2CJ文口5．C4一c30一兜c3一c2却兜臼取c2s3缸一s2s34-C2C3一a2s2C2C3d1000I．各连杆变换矩阵相乘可

  得码垛机器人手腕末端到基础坐标的变换矩阵-死即为关节变量晚的函数o乃oTl0t1死巩2死033死巩orI0-1死巩kDobOykOz00mCI幽晚3SlS4ly2slc2一cI乳ll一C4鼢3如P-ProIp101盛机械制造48卷第548期2Oz一CIc23十5loy一SlS4C23一ClC4Os23S●pcI口lc1823出pstS23文口lsIpl2c23d．ms2其中趵sin晚毋c≯COS缺毋i123矩阵on描述了机器人手腕末端连杆坐标系14l相对于基坐标系0的位姿是机器人运动分析和综合的基础在该矩阵中nO口表示了手腕末端相对于基坐标的姿态P代表了手腕末端相对于基坐标的位置为了校核所得死的正确性计算当0卢巩0时变换矩阵r的值计算结果为o死01O01000O01aI4-五0口201与图2所示的情况完全一致证明了运动学方程推导的正确性根据以上推导过程可知手部末端的3个位置元素为f肛2cI口lcl32Ⅲlpysls23d44-口l5I3I≥仍d4口手部末端的速度方程可由式3中的AA肛坐标分量对时间t的一阶导数求出即p2s-口-耶sc·c2s函l声ycls23slc23ccl口lI声出口c根据关节变换矩阵死可以得出机器人的最大到达距离垂直距离和水平距离当关节1处于初始位置晚000360吼0时机器人的水平到达距离可达2732．43mill当关节1处于初始位置02900如60040时机器人的垂直到达距离可达2830mm根据以上的推导过程可知研究开发的机器人在运动学上可以满足铝锭连铸生产线基于ADAMS的运动学仿真分析ADAMS软件可以进行运动学和动力学分析但其实体建模的功能比较薄弱因此在文中首先利用Pro／E三维软件建立码垛机器人的三维实体模型然后在不影响运动学分析的基础上对其进行适当的简化最后将机器人的整个装配体保存为抛物面★．x_D格式利用ADAMS与Pro／E之间的接口将生成的文20lO／4～q击o手札oo一慨o0001眈0010O100O10万方数据件导入ADAMS中如图3所示在完成运动学仿真模型的建立之后要对模型进行参数设置首先对各个零件添加约束机器人的底座要求固定所以在底座和大地之间采用固定副机器人的其他关节均是旋转关节因此在腰部和底座之间大臂和腰部之间小臂和大臂之间腕部和小臂之间均采用旋转副然后对各关节添加驱动最后对机器人进行运动学仿线手腕末端相对于基坐标在xyz方向的位移以及合成曲线所示各个关节的变化量如图5所示手腕末端的速度变化曲线中粗点划线为x坐标变化曲线虚线为y坐标变化曲线细点划线为z坐标变化曲线中细实线为腰部关节角度变化量粗实线为肩部关节角度变化量虚线为肘部关节角度变化量点划线为腕部关节角度变化量图6中细虚线为手腕末端x方向上的速度变化曲线粗虚线为手腕末端l方向上的速度变化曲线点划线为手腕末端z方向上的速度变化曲线实线为手腕末端速度变化合成曲线根据ADAMS软件的PostProcessor功能手腕末端的速度变化曲线也证明了机器人能够很好的满足码垛速度的要求验证了理论推导的正确性在机器人运行1B后可以测得机器人各个关节的变化量分别为0l-33．30晚49．60岛90．000499．60将这些参数代人式2中能够获得茹一2230．61430．4665．1与仿回2010／4真结果一致验证了理论推导的正确性4结束语本文以铝锭连铸生产线专用型层码垛机器人为研究对象设计开发了一台4自由度关节型码垛机器人并采用DH法对该机器人的运动学方程做多元化的分析研究对其运动学正解和速度进行了研究利用Plo／E三维软件建立码垛机器人的三维实体模型通过Pro／E与ADAMS软件的接口将简化后的实体模型导入ADAMS中进行了运动学仿真分析仿真结果验证了理论推导的正确性为以后的机器人的静动态特性分析打下基础参考文献1蔡自兴．机器人学M．北京清华大学出版社2000．[2李增刚．ADAMS入门详解与实例M．北京国防工业出版社2007．f3陈文华贺青川张旦闻．ADAMS2007机构设计与分析范例M．北京机械工业出版社2009．4郭卫东．虚拟样机技术与ADAMS应用实例

  M．北京北京航李航天大学出版社2008．5郭洪红贺继林．工业机器人技术M．西安西安电子科技大学出版社2006．6林清安刘国彬．Pro／ENGINEER入门与范例M．北京中国铁道出版社2004．△编辑凌云机械制造48卷第548期盛万方数据码垛机器人运动学分析与仿真作者芮执元刘涛RuiZhiyuanLiuTao作者单位兰州理工大学机电工程学院兰州730050刊名机械制造英文刊名MACHINERY年卷期2010484参考文献6条1蔡自兴机器人学20002李增刚ADAMS入门详解与实例20073陈文华贺青川张旦闻ADAMS2007机构设计与分析范例20094郭卫东虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程20085郭洪红贺继林工业机器人技术20066林清安刘国彬ProENGINEER入门与范例2004本文链接httpdgwanfangdatacomcnPeriodical_jxzz201004003aspx

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