轴承套圈双轴数控机床装夹机械臂的机构分析及优化

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1、浙江工业大学硕士学位论文轴承套圈双轴数控机床装夹机械臂的机构分析及优化作者姓名：强华指导教师：梁利华教授浙江工业大学：枇blL．T-．程学院2014年4月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterMechanismAnalysisandOptimizationforClampingManipulatorsofBearingRingsDual-axialCNCToolCandidate：QiangHuaAdvisor：Prof．LiangLihuaColle

2、geofMechanicalEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyApr2014浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中己经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：岛澎华日期：渊忤乡月节日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有

3、关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书。2．不保密彤(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：寺毫晖刷醛轹彩I详，1J7l——r日期：加II午年箩月碑日日期泌戊年三’月孙汨浙江工业大学硕士学位论文轴承套圈双轴数控机床装夹机械臂的机构分析及优化摘要串联工业机器人具有结构紧凑、工作空间大、灵活性好等特点，广泛应用于制

4、造业的辅助工艺过程。轴承套圈双轴数控机床基于工序集中原则车削加工轴承套圈，加工过程的双轴同步对接技术存在实现难度大、设备成本高等问题，为此本论文拟研究一种专用装夹机械臂来代替原有的双轴对接过程。机构构型直接决定了机器人的操作性能，运动学分析是机器人轨迹规划的前提、实时控制基础，工作空间分析将为机器人几何参数优化提供设计约束。本文针对专用装夹机械臂的机构设计及优化展开相关研究，主要的研究如下：首先，分析了轴承套圈双轴数控机床车削轴承套圈的加工工艺，提出装夹机械臂的功能设计需求和性能设计需求。基于设计需求，确定了装夹机械臂的自由度，分析并确定了装夹机械臂的手臂构

5、型和手腕构型。其次，基于D．H法建立了装夹机械臂的正运动学模型，基于正运动学模型运用反变换法及反变换．几何法求解机械臂的逆运动学问题，进一步建立了装夹机械臂速度和加速度的数学模型；分别采用矢量积法和微分变换法求解出装夹机械臂的雅克比矩阵。然后，基于图解法详细分析了装夹机械臂工作空间主截面的形状，给出了主截面四种基本形状及存在条件，并给出各基本形状的面积求解公式。最后，通过分析装夹机械臂工作空间包围长方体的能力，给出了确定目标任务路径的最小包容长方体的原则，并以此为根据得到装夹机械臂的目标任务的最小包容长方体。以此为基础，针对装夹机械臂的应用需求，对其几何参数

6、进行了优化设计。本文的研究结果对关节式工业机器人的设计具有一定的参考价值，为装夹机械臂的结构设计、轨迹规划及控制奠定了基础。关键词：装夹机械臂，构型，运动学分析，工作空间分析，几何参数优化摘要浙江工业大学硕士学位论文MECHANISMANALYSISANDOPTIMIZATIONFORCLAMPINGM峪J呵IPULATORSOFBE棚NGIUNGSDUAL．AXIALCNCTOOLABSTRACTTheserialindustrialrobotsarewidelyusedinassistedmanufacturingprocess，withthechara

7、cteristicsthatcompactstructure，largeworkspace，goodflexibilityandSOon．Bearingringsareprocessedbydual-axialCNCtoolwiththeprincipleofthecentralizedprocess．However，theproblemisthatthedual-axialsynchronizationdockingtechnologyisdifficulttoachieveandtheequipmentscostishigh．Inthisbackgrou

8、nd，thepaperintendstoresear