毕业设计（论文）-水泥袋物料搬运机械手设计.docx

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1、摘 要水泥、化肥、粮食、面粉、饲料、农副产品和矿产品等粉粒状物料大都是采用袋包装运输的，并且这些物料产量巨大，目前我国袋装物料的仓库搬运和装卸运输方式主要是靠肩扛和小车拉，不仅装卸工人的劳动强度大、工作效率低，而且是在粉尘的环境下工作，危害装卸工人的身心健康。由机器人代替人工搬运袋装物料就成为一种合理的选择，即对课题组研究的一台5自由度袋装物料搬运机器人进行了动力学计算的研究，并做了相应的仿真分析。所完成的主要工作包括，建立了该机器人的等效简化结构的多刚体运动学模型，计算出了该机器人系统的运动学方程及雅可比矩阵，开发出一个形象实用的用户系统。在此基础上，还运用ADAMS虚拟样机技术对该机器人系

2、统作了考虑重力影响的动力学仿真：即先借助Solidworks的参数化建模功能建立了该5自由度袋装物料搬运机器人的虚拟三维实体模型，并通过ADAMS可以识别的Parasolid格式将该虚拟机器人导入ADAMS平台，再参照机器人实际的几何参数、物理特性以及约束条件，建立了该虚拟5自由度机器人的动力学仿真模型，并在有重力作用下，进行空间轨迹跟踪的仿真,获取了一系列的重要结果，为优化机器人结构和提升控制品质的后续研究工作提供有价值的数据信息。关键词：袋装物料；搬运机器人；动力学分析；仿真AbstractThe cement, mechanical fertilizer, grain, flour, f

3、eedstuff, minerals and so on, are usuallyin package, the output of these things is tremendous. Nowadays, these packages?transportation is mainly depend on manual labor, lifting them up with hand and shoulder, thenput them on the lorry to carry. The worked intension is great, worked efficient is low,

4、 andfurther, the work environment is full of powder, powder can damage the health of workersseriously. So it need to use robot carry the package instead of labor, Research on BaggedMaterials Load-unload Materials Robot” comes out in this background, this paper depends onShandong province Programs fo

5、r Science and Technology Development, and finishes the basepart of the above goals. That is to carry out the kinematics calculation of the Bagged materialtransportation of 5-DOF Robot, and make corresponding simulation analysis.In the paper, it establishes the motion reference coordinate system of s

6、erial 5-linkmanipulator and the simplified-structure of the Multi-rigid body dynamics model. Afterkinematic analysis, it presents kinematic equation and Jacobi matrix of the robot. And iteduces the second kind of Lagrange dynamic equation group for the simplified-structure ofthe Multi-rigid body sys

7、tem. Develop a simple and visual custom interface based on Matlab,program the solution of differential equation about Bagged material transportation robot,convenient for solve the complicated dynamic differential equation.The paper also utilizes ADAMS virtual prototype technology to carry out the dy

8、namicsimulation of the robot system, taking the influence of gravity load into account: firstly, basedon the 3D parametric modeling of Solidworks, it constructs the 3D entity model of theBagged material transportation of 5-DOF robot. Then it inputs the virtual prototype machineinto ADMAS by parasoli

9、d format that ADMAS identifies. Practical geometric parameters,physical characteristics and restriction relations are adopted to establish its kinematicsimulated model. Moreover, under the gravity load, it takes the sky trajectory trackingsimulating and acquires a series of important datum, which wi

10、ll be great significance to thefurther research on structure optimization and improving control quality of the robot.Key words： Bagged material, Transportation robot, Kinematics analysis, Emulation摘 要IAbstractIIL绪论11.1 课题来源和研究意义11.2 国内外研究现状11.3 本文主要研究内容和方法22水泥袋搬运机器人的设计42.1 夹持部分尺寸42.2 动力源42.3 动作范围42.

11、4 受力分析52.5 小臂设计52.6 大臂设计62.7 腰部设计73五自由度袋装物料搬运机器人动力学83.1 动力学分析基础83.2 第二类拉格朗日方程103.3 机器人连杆系统的拉格朗日动力学方程理论基础113.4 用第二类拉格朗日方程建立5自由度袋装物料机器人动力学模型133.5 动力学微分方程的求解253.6 小结284袋装物料搬运机器人运动学仿真294.1 机器人实体模型的建立294.2 袋装物料机器人仿真分析294.3 小结34结论35致谢36参考文献37附录411.绪论1.1 课题来源和研究意义1.1.1 课题来源项目的目标是构建一个应用于料垛和汽车之间装卸50kg袋装物料的5自

12、由度关节机器人。研究内容包括袋装物料搬运机器人的动力学分析。本文在项目组前期研究的5自由度袋装物料搬运机器人的基础上进行了运动学的诸多问题的研究和理论计算，计算出该机器人系统的雅可比矩阵。基于ADMAS的5自由度袋装物料搬运机器人虚拟样机的开发，并对上述模型进行了动力学分析，还对该机器人系统在5种典型工况下实时追踪仿真，即借助Solidworks参数化功能建立该5自由度机器人的三维简化几何物理参数仿真模型，通过导入ADMAS平台，生成了动力学仿真虚拟模型，并在重力环境条件下，对模型进行了测试和实验，取得了各关节参数有价值的实验数据。1.1.2 研究意义水泥、化肥、粮食、面粉、饲料、农副产品和矿

13、产品等粉粒状物料大都采用袋包装运输，并且这些物料产量巨大，如2007年全国水泥产量达13.54亿3其中袋装水泥供应量7.89亿t； 2007年全国化肥产量达5304.8万t； 2007年全国的粮食年产量约为5.015亿t； 2008年全国水泥产量达13.9亿吨；2008年全国化肥产量达5867.55万t； 2008年全国的粮食年产量约为5.12亿to目前我国袋装物料的仓库搬运和装卸运输方式主要是靠肩扛和小车拉，不仅装卸工人的劳动强度大、工作效率低，而且是在粉尘的环境下工作，危害装卸工人的身心健康。采用机器人装卸袋装物料具有抓取可靠、移动灵活和摆放整齐等特点，可以减小袋装物料的放置空间，便于仓储

14、管理，并且减轻了装卸工人的劳动强度，提高装卸效率，减少环境污染。袋装物料搬运机器人既可以用在生产线上的物料搬运堆垛，也可用于汽车等运输工具的装卸堆垛，因此由机器人代替人工搬运袋装物料就成为一种合理的选择，对袋装物料搬运机器人的研究也成为本世纪国内建材行业研究的热点之一山。在我国拥有大量的袋装物料需要进行运输，如果应用搬运机器人进行作业，那么其应用前景是极其广阔的，它提高了袋装物料搬运的自动化水平，提高了我国物流的技术、生产和管理素质，实现了提高装卸效率的目的。通过对机器人动力学的研究可以为研究机构合理的运动系统，运动学的计算、结构优化设计、有效地控制算法和运动过程中出现的问题、构件弹性影响、力

15、控制等提供有力的理论基础。L2国内外研究现状机器人的运动学分析主要有两个目的，一是根据机器人的各旋转关节的转角推算出机器人末端执行器的位姿；二是根据机器人末端位姿计算出各个旋转关节的转角。从运动学的角度讲，前者是运动学正问题，后者是运动学逆问题用。正解问题比较简单，现在大多数有关机器人正解问题的研究都采用D-H方法moDanevit和Hartenberg提出的一种通用的方法，用齐次变换来描述各个连杆相对于固定参考系的空间坐标关系，比如牛元会等详细介绍了D.H坐标系下机械手正向运动学分析，以自行研制的熔片机中夹持机械手为分析对象，建立机械手的运动学数学模型，进行了典型的正向运动学分析，这种方法简化了解析计算，加快了迭代速度，同时求得的解具有使用性和代表性，对机械手的精密设计和计算具有普遍的适用意义“L Michele Lacagnina等用D-H方法求解了车轮式机器人正运动学问题，为后来机器人的后续研究提供了理论基础口文而求解逆解问题是机器人机构运动学问题的难点之一，且在实际应用中具有重要意义口叫例如，如何用最小的机构尺寸获得必要的工作空间，如何避开机构运动的奇异位置，以及分析机构末端输出误差及实际运动轨迹等问题都需要机构位置逆解。求解位