面向3C拾放应用的码垛机器人机构优化设计研究

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1、硕士学位论文面向3C拾放应用的码垛机器人机构优化设计研究OPTIMALDESIGNOFTHEPALLETIZINGROBOTMECHANISMFORPICK-AND-PLACEAPPLICATIONSIN3CINDUSTRY王明良哈尔滨工业大学2018年1月国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文面向3C拾放应用的码垛机器人机构优化设计研究硕士研究生：王明良导师：楼云江教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年

2、12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.2U.D.C:621AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringOPTIMALDESIGNOFTHEPALLETIZINGROBOTMECHANISMFORPICK-AND-PLACEAPPLICATIONSIN3CINDUSTRYCandidate：WangMin

3、gliangSupervisor：Prof.LouYunjiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着科技的发展和生活水平的

4、提高，消费类电子的需求也越来越大，促进3C工业自动化的发展。以手机制造业为例，流水线上使用较多的设备为SCARA机器人。针对3C产业的拾放类作业，SCARA机器人存在成本较高的问题，在3C产线上需要有不同的机器人来适应不同的需求，将生产成本合理化。码垛机器人在运动学性能上与SCARA机器人具有相似性，但是针对3C产业上的拾放应用，不同于一般的码垛任务，在精度上和其他运动学性能上有更高的要求。本文主要针对上述考虑因素，对面向3C产业拾放应用的码垛机器人的优化设计进行了全面的研究。本文采用了几何分析和坐标变

5、换结合的方法，计算了码垛机器人的正逆运动学，并提出了一种计算码垛机器人运动学的简易方法。在机器人运动学指数积理论的基础上，建立了受关节间隙影响的码垛机器人的位姿误差模型。通过MATLAB对误差模型进行数值计算与仿真，结合机器人有关节间隙和无关节间隙情况下在工作空间内的误差分布，从几何上对误差在工作空间内的分布进行了分析，说明了误差模型的合理性。通过SCARA机器人和码垛机器人工作空间，以及工作空间内逆条件数对比分析，获得了面向3C应用的码垛机器人的性能指标。然后，以文中提出的标准化误差为优化目标，结合两

6、款机器人对比分析后得到的约束条件以及间隙关节的几何约束等条件，建立了码垛机器人的机构优化模型。通过数值计算和优化前后的参数对比分析，表明该优化设计方法可以有效的减少机器人的位姿误差，证明了所提出的标准化误差的合理性，以及优化模型的有效性，实现了机器人结构参数的优化。最终以机器人拾放操作的轨迹为基础，在Solidworks软件中对机器人进行了动力学仿真，获得了机器人关节在实际运动当中需要的最大的关节力矩，此结果可以指导电机选型。关键字：码垛机器人；关节间隙；位姿误差模型；优化设计I哈尔滨工业大学工程硕士学

7、位论文AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnologyandtheimprovementofthelivingstandard,thedemandofconsumerelectronicsisbecomingbigger,whichpromotesthedevelopmentof3Cindustry'sautomation.Takingthemobilephonemanufacturingindustryasanexample,theSCARArobots

8、areusedwidely.ButtheSCARArobotscosttoomuchforthepick-and-placeapplications.On3Cproductionline,productioncostislowerandbetter.PalletizingrobotissimilartoSCARArobotinkinematicsperformancewhichcostlower.However,thepick-and-pl