本文關(guān)鍵詞：碼垛機器人的運動學(xué)分析與殘余振動抑制研究

  更多相關(guān)文章： 碼垛機器人 運動學(xué)分析 OpenGL顯示 動力學(xué)分析 殘余振動抑制

【摘要】：機器人作為一種機電一體式的自動化生產(chǎn)設(shè)備,能夠改善勞動條件、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量,因而被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)和生活等各種領(lǐng)域。隨著工業(yè)機器人技術(shù)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(guān)鍵設(shè)備,如何提高其控制精度和穩(wěn)定性,已成為碼垛機器人應(yīng)用領(lǐng)域研究的熱點問題,故針對碼垛機器人的設(shè)計改進和性能研究便具有重要意義。四軸驅(qū)動串聯(lián)型碼垛機器人具有機身小、質(zhì)量輕、動作靈活、工作空間大等優(yōu)點,是工業(yè)應(yīng)用中較為常見的類型。但此類型機器人是典型的柔性機構(gòu),在運動過程中會發(fā)生彈性變形,運動結(jié)束后柔性關(guān)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(qū)動式串聯(lián)型碼垛機器人為對象,對其進行了運動學(xué)分析和殘余振動抑制等研究。首先,根據(jù)國內(nèi)外碼垛機器人的結(jié)構(gòu)特征,確定碼垛機器人的整體設(shè)計方案。使用SolidWorks軟件設(shè)計出碼垛機器人的機構(gòu)模型,并以該模型為基礎(chǔ)加工出碼垛機器人的本體樣機;以機構(gòu)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(xué)分析。采用D-H方法建立碼垛機器人的運動學(xué)模型,并通過連桿變換矩陣及運動學(xué)方程完成運動學(xué)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(xué)仿真;基于VC++6.0編程和OpenGL技術(shù)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(dǎo)出碼垛機器人的動力學(xué)方程,并建立各驅(qū)動關(guān)節(jié)處的動力學(xué)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(xué)計算;針對碼垛機器人運動過程中各柔性關(guān)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(jié)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(guān)鍵詞】：碼垛機器人 運動學(xué)分析 OpenGL顯示 動力學(xué)分析 殘余振動抑制
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(nèi)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(xué)分析方法14-15
• 1.3.2 動力學(xué)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(jié)19-20
• 2 碼垛機器人的整體方案設(shè)計20-27
• 2.1 機構(gòu)本體的方案設(shè)計20-22
• 2.1.1 碼垛機器人的技術(shù)參數(shù)20-21
• 2.1.2 碼垛機器人的機構(gòu)本體21-22
• 2.2 控制系統(tǒng)的方案設(shè)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(jié)26-27
• 3 碼垛機器人的運動學(xué)分析27-47
• 3.1 機器人運動學(xué)分析基礎(chǔ)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(xué)求解29-38
• 3.2.1 碼垛機器人的運動學(xué)正解31-32
• 3.2.2 碼垛機器人的運動學(xué)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(shù)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(shè)計45-46
• 3.5 本章小結(jié)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(xué)分析47-54
• 4.1.1 碼垛機器人的動力學(xué)方程47-50
• 4.1.2 柔性驅(qū)動關(guān)節(jié)的動力學(xué)模型50-53
• 4.1.3 基于MATLAB的碼垛機器人的動力學(xué)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(xué)模型的MATLAB仿真結(jié)果61-63
• 4.3.2 殘余振動抑制的實驗結(jié)果63-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 5 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 總結(jié)65
• 5.2 展望65-67
• 參考文獻67-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果71-73
• 致謝73

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