码垛机器人结构设计与模态分析

随着科技进步和生产自动化水平的提高,码垛机器人在自动化领域应用越来越广泛。而码垛机器人技术在解决劳动力不足、提高劳动生产效率、降低生产成本和工人劳动强度、改善生产环境等方面具有很大潜力。根据码垛机器人的现场作业要求,设计了四自由度的混联机器人,机器人能够实现抓手在三维空间的移动以及围绕机械臂末端的转动。该机器人结构简单,动作范围大,承载能力强,运行速度快。为使机器人具有更合理的结构和动态特性,利用三维建模软件UG建立码垛机器人的三维模型,并导入ANSYS WORKBENCH中进行模态分析,找到机器人振动薄弱的部位,为结构的优化设计提供可靠的理论依据。     

采用SolidWorks的高速重载码垛机器人的静力学分析和结构优化

以所设计的一种四自由度高速重载码垛机器人为研究对象,建立其简化三维模型。采用机械仿真设计软件Solid-Works Simulation工具首先对模型中零件底座、末端执行器进行静力学分析,并根据分析结果优化其结构,然后对整机在最大载荷情况下的几个典型位姿进行分析,得到整机在工作空间内的应力、应变和位移云图,并进一步优化杆类零件壁厚。对零件的优化提高了码垛机器人的静刚度和动力学性能,通过对整机的分析得到了码垛机器人在工作空间内的静刚度分布特性,为码垛机器人的设计提供了参考依据。     

MD1200-YJ码垛机器人低能耗轨迹优化

研究了MD1200-YJ型码垛机器人末端"门"字型轨迹工况下的低能耗轨迹优化问题。首先,建立了考虑弹簧力矩的码垛机器人逆动力学模型,进而建立其能耗模型。其次,针对码垛机器人末端"门"字型轨迹的典型工况,采用5NURBS插值函数进行关节空间下的轨迹规划。再次,基于加权系数法,建立了由平均能耗最小和跃度绝对值峰值最小构成的综合优化目标函数,以末端轨迹分段时间为设计变量,以总时间不变以及关节电机额定参数为约束条件,运用遗传算法进行求解。最后,比较优化前后码垛机器人的关节能耗和跃度指标,验证了优化方法的有效性。     

高速重载码垛机器人刚柔耦合模型建立及动态特性分析方法

针对高速码垛机器人高速、高加速度、大负载的工作特性,提出一种考虑关节柔性的高速重载码垛机器人结构建模及动态特性分析方法。首先,建立刚柔耦合动力学模型,对高速重载码垛机器人的关节柔性进行描述; 其次,基于建立的刚柔耦合动力学模型,对机器人的重要动态特性——振动模态进行分析; 最后,设计力锤瞬态激励实验,对2种方法的有效性进行验证。实验结果表明,该结构建模方法有效地分析了高速重载码垛机器人关节柔性的影响,动态特性分析方法有效地分析了机器人的振动模态。     

码垛机器人运动学分析与仿真

高速重载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D-H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。     

硅片传输机器人手臂结构优化设计方法

提出一种以硅片传输机器人末端竖直方向上由手臂静变形引起的静偏移为约束、以刚性杆柔性关节系统固有频率为优化目标、以各手臂壁厚为优化参数的硅片传输机器人手臂结构优化设计方法。建立硅片传输机器人刚性杆柔性关节动力学模型,通过系统固有频率分析以及模态分析确定对轨迹精度影响较大的模态为一阶模态与二阶模态;通过分析结构参数对一阶与二阶固有频率影响的灵敏度以及权值选择小臂与末端手臂的质量作为优化参数;建立以手臂厚度为变量、以手臂结构尺寸为约束的手臂挠度模型与末端竖直方向静偏移模型,分析手臂厚度对末端竖直方向静偏移的影响规律并对末端手臂与小臂的厚度尺寸进行优化设计;对结构优化设计前后硅片传输机器人手臂的性能进行对比分析。结果表明:该方法在大幅度降低手臂质量的同时可显著提高硅片传输机器人手臂的一阶与二阶固有频率,大幅度降低了末端竖直方向上的静态偏移及内应力,大幅提高了系统竖直方向上的振动频率。     

基于响应面的码垛机器人承载体多目标优化

针对4自由度码垛机器人承载体结构轻量化设计的需要,在对码垛机器人腕部旋转部分结构设计和受力体末端执行器承载体动态性能分析的基础上,建立了一种将多目标优化和响应面优化相结合的优化算法,以承载体的尺寸作为设计变量,以承载体的刚度δ、强度σ、一阶频率f、质量M最轻为优化目标进行优化设计,优化的结果表明:优化后的质量的到明显减少,一阶固有频率有所提高,变形量有所减小,强度有所增大,但不影响其性能,达到轻量化的优化效果。     

白酒码垛机器人静力学分析与结构优化

以白酒码垛机器人为研究对象,利用SolidWorks建立了白酒码垛机器人后臂的三维模型。采用ABAQUS软件对自动码垛机器人重要部件的有限元模型进行静力结构分析,获得了重要部件的应变、应力云图,并根据分析结果优化其结构。优化结果表明:改进后的后臂变形由0.486 4 mm降低到0.090 69 mm,优化增加了码垛机器人的静刚度,满足材料要求的应变范围。该分析方法对自动码垛机器人的设计与改进具有一定的指导意义。     

一种高速重载码垛机器人误差分析

以设计的高速重载码垛机为研究对象,基于D-H参数法建立了机器人静态误差模型。研究了杆件结构参数误差对于机器人末端位姿态误差的影响,对由加工、装配、机械传动过程中产生的误差所引起的末端位姿误差进行了分析与计算。在负载条件下,分析了重力对机器人末端位置误差造成的影响,为后续码垛机器人误差补偿提供了理论基础。     

瓷板码垛机器人吸盘手爪的设计分析

针对超大尺寸瓷板的码垛作业要求,设计了一种用于码垛瓷板的机器人末端手爪,通过真空吸盘实现瓷板的可靠抓取、搬运、码放等动作。阐述了吸盘手爪的组成和工作原理,进行了选型计算,利用SolidWorks对其进行了结构建模,并通过Simulation有限元分析插件对其进行了强度校核。校核结果表明:该码垛机器人吸盘手爪能满足实际工况下瓷板的码垛需求。     

搬砖机械手的动力分析及结构优化

在码垛机器人的设计中,动力分析与结构优化至关重要。本文以某公司生产的基于高速四轴码垛机器人的搬砖机器人的机械手为研究对象,详细分析了机械手的动态载荷。以此为基础,运用有限元分析软件UG Nastran对机械手在搬砖运动的状态进行受力分析,对夹板结构进行了优化和校核,减轻了机械手的重量,降低了生产成本,提高了工作效率。     

基于圆弧插补的工业码垛机器人轨迹规划

为实现工业码垛机器人末端执行器的圆弧运动轨迹,提升机器人的运动效率,提出了一种基于圆弧插补算法的机器人轨迹规划算法;给出了码垛机器人本体结构,分析了码垛机器末端执行器运动轨迹。为实现该轨迹,在笛卡尔空间进行圆弧插补,利用圆弧插补算法实现了该轨迹,并进行了仿真分析。仿真结果表明圆弧插补算法运行时间更短,提高了机器人运动效率。     

基于关节阻尼的6自由度工业机器人优化分析

首先,考虑工业机器人末端振型的变化,基于“转子-扭簧”模型和有限元理论,推导出机器人柔性关节和刚柔耦合杆件部分的动力学模型,探讨关节阻尼与机器人末端振动位移之间的关系,建立关节阻尼的优化设计数学模型;然后,以机器人末端振幅为设计目标,以机器人的驱动关节阻尼为设计变量进行优化;最后,借助ADAMS软件应用该优化模型对刚柔耦合的六自由度串联工业机器人进行优化设计,并对优化结果进行比较分析,验证了关节阻尼抑制末端振动的效果,为工业机器人关节阻尼抑制末端振动提供了理论依据.     

装砖码垛机器人时间-冲击最优轨迹规划

为了提高装砖码垛机器人的工作效率,同时减小振动对机器人的影响,基于三次样条插值法,提出一种使机器人轨迹最优的规划方法,对各关节进行轨迹规划。利用权重系数法定义目标函数,以运动学和动作时间为约束条件,使码垛机器人在运行过程中其时间和冲击达到综合最优。采用遗传算法求解出最优时间序列,进一步求解出最优轨迹。研究结果表明:末端轨迹跟踪误差在合理的范围之内,该方法在装砖码垛机器人轨迹规划方面是可行的、合理的;可以为工作效率与冲击等矛盾问题到达综合最优提供一种解决方案。     

高速重载码垛机器人静刚度分析

以娃哈哈公司饮料生产线上的高速重载码垛机器人为研究对象,在综合考虑自身构件变形、驱动电动机和减速机变形的基础上,对其末端静刚度进行了分析.通过把末端执行器在受到载荷时产生的变形分解为各构件的拉压变形、弯曲变形以及电动机和减速机的扭转变形,然后借助线性叠加原理建立整机末端静刚度模型.所提出的研究方法为重载串联机器人静刚度分析提供了更加完善的思路,为码垛机器人的设计提供了有力依据.     

基于拉线式编码器的混联搬运机器人误差检测

根据码垛任务特点,采用基于混联结构的四自由度码垛机器人设计;优化连杆参数,简化混联结构机器人的运动学求解,采用D—H法,获取机械手末端在三维空间的位置坐标的理论值;采用4个拉线式绝对编码器,2个平行布置的连杆,以及数据采集处理器,基于编码器信息,根据运动几何关系求解,获取机械手末端在三维空间位置的实际值;通过对比理论值与实际值,得到机器人的终端位置误差检测。     

SCARA机械臂的仿真振动分析及振动测试

以SCARA机械臂为研究对象,通过建立SCARA机械臂的三维模型,利用ANSYS软件和ADAMS软件对其进行模态分析和动力学分析,得到机械臂的振动特性以及振动最薄弱的部位;再通过实验进一步验证了仿真结果的有效性,SCARA机械臂底座在振动中的变形最大,加速度幅值变化最大;最后针对振动最薄弱部位提出振动被动控制方案,对底座截面尺寸进行优化,使其变形和振幅得到一定改善。该研究为设计更高精度SCARA机械臂和多变工况下SCARA机械臂的动力学设计、减振延寿和性能改进等问题提供更有效的理论与技术支持。     

混联码垛机器人运动学分析及仿真

提出了一种能实现手部空间三维移动及一维转动的混联码垛机器人机构--4自由度码垛机器人机构.分析了该机器人运动学特性,通过参考坐标系单独求解和齐次变换法求解相结合的方式,获得了末端操作器的位置、速度、加速度正反解.并提出了结构尺寸优化方法,使该机构位置正解得到简化,运动学解耦,计算量小,便于该机器人运动控制设计、运动轨迹规划和驱动力实时控制.给出了该机构一般输入时机械手的位置、速度、加速度仿真曲线,描述了该机器人机构的运动学特性.     

码垛机器人修正正弦函数插值的轨迹规划

针对应用在医药包装生产线上的码垛机器人在高速作业过程中存在的振动和冲击问题,提出了一种加速度函数为三段修正正弦函数的轨迹规划新算法,以完成对码垛机器人关节空间的轨迹规划。从实际生产中常用的规划曲线中选择运动性能俱佳的优良曲线,在此基础上对其进行修正,然后结合遗传算法以最大速度、最大加速度以及最大急动度为目标进行参数优化,获得最优修正参数,并对修正前后的正弦函数曲线性能进行对比分析。最后研究结果表明,该算法能够使得速度和加速度的峰值均降低4.09%,提高了码垛机器人的动态性能,同时为码垛机器人的轨迹规划设计提供理论依据。     

可控机构式码垛机器人的运动学误差分析

本文根据可控式机构的理念设计了一款新型可控式码垛机器人,基于D-H法对于该码垛机器人进行运动学建模,并计算其位姿正解。考虑到码垛机器人对机构精度要求较高,因此对该机器人进行误差分析,分别讨论杆长误差和角度误差对末端位姿误差的影响。