面向冲压生产线的可重构冲压机器人设计与研究

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1、０７０８论文分类号：２学校代码：１１５０学号：５０３６ｍ＾ＡＡＡＡｌＳＨＡＡＮＫＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＨＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ面向冲压生产线的可重构冲压机器人设计与研究韩啸宇指导教师姓名：葛正浩教授学科名称：材料加工工程论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期２０１８年５月：学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：面向冲压生产线的可重构冲压机器人设计与研究学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：机

2、电工程学院硕士生：韩啸宇导师：葛正浩教授2018年5月DesignandExplorationofReconfigurablePunchingRobotBasedonStampingProductionLineAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByXiaoyuHanSupervisor:Prof.ZhenghaoGeMay2018

3、面向冲压生产线的可重构冲压机器人设计与研究摘要近年来，随着工业机器人的发展，利用冲压机器人代替人工完成上下料以及搬运的工作可以降低人力成本，提高工作节拍与生产效率。目前，冲压机器人作为冲压生产中关键的一环，已经越来越受到学者们的关注。但是，目前使用的冲压机器人大多是根据工作环境特制的，不可更改结构的形式，当生产方式发生大的变化时，就需要换掉现有的机器人，造成生产成本的增加。而个性化和行业竞争的日趋激烈，多类型、小批量的生产方式更加加剧这一趋势。针对此状况，本文设计了一种可广泛适用于中小型冲压自动化生产线的可重构冲压机器人，该机器人可以根据企业需求重组成不同构型

4、及自由度的机器人，有利于企业面对多样化需求的设备改型和升级。主要研究工作如下：一，对中小型冲压生产线上常用的机器人进行分析，基于模块化设计的原则和方法，对可重构冲压机器人进行模块化设计，将机器人划分为旋转机构、推进机构、辅助机构、执行机构四个模块，各个模块留有与其他模块相连接的接口，改变模块的尺寸，就能够得到一系列的模块，同系列模块能够相互连接，构成不同构型及自由度的机器人，以4-DOF冲压机器人为例，对机器人的构型空间进行了讨论。二，对机器人运动学进行研究。基于指数乘积公式，对各模块建立变换矩阵，将变换矩阵按模块装配顺序依次相乘，即可得到机器人的正运动学公式

5、。以一种4-DOF冲压机器人为例，根据D-H法验证了正运动学公式。利用数值法推导了逆运动学迭代公式，并利用Creo进行运动仿真，输出运动轨迹，验证了逆运动学公式。三，对机器人进行了精度分析。首先分析了静态因素对机器人执行机构位姿误差的影响，建立了机器人执行机构静态位姿误差模型，分析了各个静态因素对执行机构位姿误差的影响程度，其次分析了杆件柔性变形导致机器人执行机构产生的动态位姿误差，建立了机器人执行机构动态位姿误差模型，最后分析了综合静态、动态因素对执行机构位姿误差的影响，建立机器人执行机构的综合位姿误差模型。四，通过摄动补偿法对机器人执行机构的综合位置误差进

6、行补偿，根据机器人上下料作业的特点，设计了一种柔性旋转关节，当执行机构受到接触I力和接触力矩的影响时，该关节可以产生一个小的转动，使得执行机构在下料时自动完成姿态补偿。关键词：冲压生产线，可重构机器人，模块化设计，运动学分析，精度分析，误差补偿IIDesignandExplorationofReconfigurablePunchingRobotBasedonStampingProductionLineABSTRACTWiththedevelopmentofindustrialrobotsinrecentyears,theuseofstampingrobotsc

7、anreducelaborcosts,improveworkmetricsandproductionefficiencycomparedtomanualworkforloadingandunloadingandhandling.Atpresent,stampingrobotshavebecomeakeypartofstampingproductionandmorescholarsdosomeresearchesaboutit.However,mostofstampingrobotsusedcurrentlyaretailoredtothespecialwork

8、ingenvironment,andc