连续冲压自动上下料机器人的结构设计与仿真研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:xieming15898575325
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中国制造业的飞速发展,促进了传统冲压技术的改造及先进冲压技术的形成。传统冲压生产由于人工成本大、效率低和安全性差等原因,已经不能满足企业的生产需求,所以冲压生产也开始引入机器人和自动化技术。由于冲压零件的生产具有规模化、个性化和批量化等特点,机器人在不同生产线上进行上下料操作,就会出现上下料精度差、轨迹多变等一系列问题。针对以上情况,本文需要设计一种特定构型的六轴上下料机器人,深入研究其结构设计、运动学、轨迹规划和动力学等关键技术,同时对轨迹控制实现模块化处理。主要研究内容包括:(1)通过分析传统冲压生产存在的问题,从效率、柔性和精度三方面对现有自动化冲压生产线提出应用需求,并且以钣金机箱的加工流程为例,构建出自动化冲压生产线三维模型。(2)根据上下料机器人与冲床的位置关系,确定机器人的主要技术参数,并对其主要传动部件进行选型计算,设计出适合上下料动作的机器人结构;利用ANSYS Workbench对机器人的主要传动部件进行有限元分析,确保刚度满足要求的情况下优化结构设计。(3)采用D-H法构建上下料机器人的杆件坐标系,完成运动学正逆解的理论推算;运用MATLAB机器人工具箱建立机器人参数模型,验证D-H参数的正确性,并将实现运动学正逆解的程序保存成两个运算模块;根据运动学正解结果模拟出机器人的工作空间,分析机器人主要参数对工作空间的影响。(4)在笛卡尔坐标空间完成轨迹规划,得到各关节角度的离散数据;采用五次多项式插值法将各关节角度离散点拟合成驱动函数,同时将实现上下料轨迹的程序单独保存;调用运动学正逆解模块和轨迹模块,在MATLAB/Simulink中搭建轨迹仿真平台进行实验,分析实验结果对上下料机器人运动平稳性的影响;将各关节驱动函数导入ADAMS中对机器人虚拟样机进行可视化轨迹仿真,验证轨迹的合理性。(5)基于牛顿—欧拉方程法进行动力学基础分析,在SimMechanics模块中搭建动力学计算平台,从而得到各关节驱动力矩的变化曲线,以此校核上下料机器人关节处主要传动部件的型号是否满足要求;在MATLAB/GUI模块中设计上下料机器人的仿真控制界面,以此控制和显示运动学、上下料轨迹以及动力学的仿真结果。研究表明,通过上下料轨迹控制的模块化处理,满足了自动化冲压生产线对轨迹的要求,在冲压生产中具有推广应用的价值。
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