六自由度工业机器人虚拟设计及仿真分析

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作者：

陈成

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摘要：

工业机器人技术已成为现代工业技术革命中的重要组成部分,很多制造业发达的国家都已将机器人技术列入高新技术发展计划.依据对工业机器人技术的学习和总结,运用虚拟样机技术,在计算机环境下设计了一台可用于弧焊,搬运,喷涂的工业机器人,将其命名为NXD_20型工业机器人. 本文依据对工业机器人的理解与研究,运用目前通用的CAD三维设计软件SolidWorks对NXD_20工业机器人的各主要零部件进行初步设计,并装配成完整的机器人模型.选择交流伺服电机配合减速器的方式作为NXD_20工业机器人的驱动系统,对各关节需配置的电机与减速器进行参数计算与选型.依据有限元方法,利用ANSYS Workbench对机器人的关键部位进行了强度校核.完成了工业机器人机械系统的设计. 运用D-H方法,建立机器人连杆坐标系,确定连杆参数,推导了运动学方程,求解了NXD_20工业机器人运动学方程的正解与逆解,以及实际操作空间的三维图与剖面图,对机器人的运动学,操作空间进行求解. 根据工业机器人可操作性的要求,将SolidWorks与ADAMS两种软件有效结合,使用COSMOSmotion插件将组装后的完整模型输入到ADAMS中建立了NXD_20工业机器人的虚拟样机,对开链式六自由度关节型机器人的运动学正解与逆解在ADAMS中的仿真方法进行研究,完成了NXD_20工业机器人的运动学仿真. 利用牛顿—欧拉法递推机器人的动力学方程,并编制相应的Maple计算程序.根据Simulink/M函数的方法建立NXD_20工业机器人的动力学模型,对动力学模型在开环和闭环条件下进行仿真,引入具有重力补偿的PD控制,最终得到点到点运动的过程中各关节的关节变量与驱动力矩的曲线.完成NXD20工业机器人的动力学,动力学仿真与运动控制的分析. 本文通过虚拟样机技术的使用,在计算机环境下完成工业机器人系统的设计,分析了该工业机器人的性能指标,通过理论推算与仿真软件的使用,对工业机器人的设计进一步完成,最终达成预期的设计目标.

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关键词：

工业机器人 机械系统设计 运动学 动力学

被引量：

33

年份：

2013