模塊化工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的若干問題研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛。傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)造型一經(jīng)設(shè)計(jì)就不可改變，在工作環(huán)境和給定任務(wù)發(fā)生改變的情況下，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的固定構(gòu)型顯現(xiàn)出了很大的局限性，模塊化工業(yè)機(jī)器人成為解決這一問題的新型工業(yè)機(jī)器人。模塊化工業(yè)機(jī)器人是由一些結(jié)構(gòu)和功能相似的機(jī)械模塊組合裝配而成，根據(jù)不同工作任務(wù)和生產(chǎn)環(huán)境，來選擇不同模塊組合方式構(gòu)建相應(yīng)的工業(yè)機(jī)器人。本文設(shè)計(jì)了一套機(jī)械模塊，來構(gòu)建不同類型的模塊化工業(yè)機(jī)器人，通過這些機(jī)械模塊既

2、可以構(gòu)建SCARA型工業(yè)機(jī)器人，也可以構(gòu)建垂直關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人，并對(duì)所提出模塊化工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題進(jìn)行了一些初步的研究，提出了一個(gè)解決該模塊化工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的有效計(jì)算方法。 模塊設(shè)計(jì)是模塊化工業(yè)機(jī)器人的最基本工作之一，結(jié)合已有的模塊化設(shè)計(jì)思想，將工業(yè)機(jī)器人分成若干個(gè)相互獨(dú)立的關(guān)節(jié)模塊，設(shè)計(jì)一套功能結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立的模塊來構(gòu)建模塊化工業(yè)機(jī)器人，利用不同數(shù)量、不同種類的模塊來構(gòu)建構(gòu)型相異的模塊化工業(yè)機(jī)器人，既可以是水平作業(yè)的

3、SCARA型工業(yè)機(jī)器人，也可以是垂直作業(yè)的關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人。構(gòu)成模塊化工業(yè)機(jī)器人的各個(gè)模塊之間相互獨(dú)立，確保每一個(gè)主動(dòng)模塊都是獨(dú)立的可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制的機(jī)械單元，為了實(shí)現(xiàn)模塊間快速有效地安裝組合，模塊之間設(shè)計(jì)有快速連接分離的連接器，使模塊化工業(yè)機(jī)器人可以快速有效地實(shí)現(xiàn)重構(gòu)。 利用工具軟件Pro-E來對(duì)每個(gè)模塊的進(jìn)行三維模型的建立，同時(shí)在Pro-E工作環(huán)境中構(gòu)建各個(gè)類型的模塊化工業(yè)機(jī)器人，分析各個(gè)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)干涉、動(dòng)力學(xué)性能等，確

4、定各個(gè)模塊的最終結(jié)構(gòu)功能參數(shù)以及相應(yīng)的系列化參數(shù)。并分析相應(yīng)的模塊化工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能參數(shù)；結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，利用Pro-E軟件的測(cè)量分析功能模塊，對(duì)關(guān)鍵零部件的機(jī)械性能進(jìn)行校核，提出相應(yīng)的模塊優(yōu)化方案。 模塊化工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題主要包括正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)兩個(gè)方面。正向運(yùn)動(dòng)學(xué)問題采用建立模塊的齊次變換坐標(biāo)矩陣模塊庫的方法來解決，利用D-H參數(shù)變換法來求解出每一個(gè)模塊的坐標(biāo)變換矩陣，然后根據(jù)重構(gòu)后工業(yè)機(jī)器人的模塊序列

5、(從基座到末端執(zhí)行器)，來逐個(gè)調(diào)用相應(yīng)模塊的齊次變換矩陣，然后通過齊次變換矩陣之間相乘運(yùn)算來求解相應(yīng)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。對(duì)于模塊化工業(yè)機(jī)器人的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)問題，將模塊化工業(yè)機(jī)器人的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程與末端位姿矩陣建立等式，采用聯(lián)立多項(xiàng)式的方法來求解模塊化工業(yè)機(jī)器人的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。 最后，利用工具軟件Labview軟件對(duì)本文所提出的理論模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真，以驗(yàn)證模塊化工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)的模型的正確性，并分析了其對(duì)末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)