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工业机器人是目前先进制造业高质量发展的重要力量，是实现智能制造的基础，因此，对工业机器人的研究是未来制造业发展的必然趋势。但是，现有的搬运工业机器人性能较具体应用场合的实际需求有很大的差距,主要体现在:负载能力较低、结构笨重、运动灵活性差和工作范围小。因此，从结构出发设计一款性能优良的搬运机器人方案,研究其运动学、奇异位形、动力学与结构优化是十分必要的。对此，论文的主要研究内容包括: □以设计一款刚度高、自重小、工作跨度高和平衡性高的搬运机器人为设计目标，提出结构平衡设计、轻量化设计与可重构设计的设计思路，设计了六种搬运机器人构型方案。最后，通过层次分析法(AHP)对这些方案进行评估和筛选，选出性能优良的方案作为主要研究对象。该方案设计了可重构的大、小臂结构，采用伸缩杆进行驱动，利用三角形连接结构的稳定特性增加小臂刚性，有效降低了电机自重，提高刚性，兼顾可重构、轻量化及高刚度的特点，具有良好的应用价值。 □在运动学分析中，采用改进的D-H法对机器人进行正运动学求解，以获得机器人的位置方程。使用反变换法求解机器人运动学的反解，得到各个关节的关节变量。然后，通过仿真验证运动学理论计算的正确性。最后，给定运动轨迹与周期，分别对所研究的机器人和市场上典型的机器人产品进行运动学仿真对比，分析比较两个机器人的运动性能。 □通过各关节角的运动范围，识别机器人的边界奇异位形。采用矢量积法推导机器人的雅可比矩阵，通过计算雅可比矩阵的行列式，可以确定机器人处于内部奇异位形时各关节的关系。最后，运用蒙特卡洛法对机器人的工作空间进行求解。 □采用牛顿-欧拉法对机器人进行动力学理论建模，计算负载110kg状态下搬运机器人各关节的驱动力矩。为了验证该方法建模的准确性，将研究对象的三维模型导入ADAMS?软件，保持其结构参数和运动轨迹等与理论计算一致并仿真得出各关节驱动力矩。最后，将结果进行对比分析，并分析大、小臂的关节受力情况。 □针对搬运机器人的结构优化问题，采用了一种基于有限元理论和拓扑优化的设计方法。收集ADAMS?中大臂的应力数据，利用有限元理论对机器人大臂进行仿真分析，绘制应力云图及位移云图，进一步判断大臂结构的安全性和可靠性。最后，针对大臂的富余材料，采用拓扑优化的方法进行结构优化，重新设计后再次校验大臂的安全性和可靠性，完成机器人大臂的轻量化。 搬运机器人;结构设计;运动学;奇异位形;有限元分析;拓扑优化 汕头大学 硕士 机械 赵永杰 2023 中文 TP242.2 2023-09-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间） |
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