关节式码垛机器人运动学分析与动力学仿真.pdf

《关节式码垛机器人运动学分析与动力学仿真.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第3O卷第10期机械设计V0】．30No．102013年10月JOURNALOFMACHINEDESIGN0ct．2013关节式码垛机器人运动学分析与动力学仿真李爱成，唐火红，冯宝林，李露(1．合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009；2．中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所，江苏常州213000)摘要：针对码垛机器人的空间运动学和动力学特点，提出了基于平行4边形机构运动原理构建关节回转型4自由度码垛机器人的一种设计方法。根据D—H法建立关节回转型4自由度机器人运动学方程，解出运

2、动学方程的反解；采用牛顿一欧拉递推法推导机器人的动力学方程，利用MATLAB计算出驱动力矩；将模型导入ADAMS软件中，对该机构进行动力学仿真；通过仿真结果与理论计算值的对比，验证了该设计方法的正确性，为机器人的控制和选择合适的驱动系统提供了有效的依据。关键词：关节式；平行四边形原理；运动学分析；动力学仿真中图分类号：TP242：TH113．22文献标识码：A文章编号：1001—2354(2013)10—0016—05随着工人的紧缺和用人成本的提高，搬运包装等不仅具有行程放大的功能，而且增加了整个臂部

3、的刚物流产业的发展遇到了前所未有的掣肘，为解决这一度，各连杆参数的选择及其安装的相对位置将直接影现状，高速重载搬运机器人技术的研究已成为我国码响机器人在工作空间的位姿；(3)第3关节的电机和垛机器人领域亟待解决的问题。目前，国内4自由度减速机构采用后置式的平行四边形机构，该机构可以码垛搬运机器人多由2个移动关节和2个回转关节构把前3个关节的电机和减速机构放置在底座和主构架成，而4个回转关节机器人具有动作灵活、工作空间上，将明显改善系统的动态特性和降低系统的运动惯大、手臂干涉最小、结构紧凑、关节上相对运

4、动部位容量。(4)腕部与臂部通过一个转动关节连接，末端关易密封防尘⋯等显著特点，引起了越来越多的关注。节通过串联平行四边形机构的叠加效应，满足腕部的文中拟采用双平行四边形机构的串联叠加，对第3关易控性，保证腕关节的旋转轴线始终垂直于地面，降低节行程进行放大设计，同时解决末端腕部水平的功能了控制难度，缩短了搬运周期，腕部为一个法兰盘，可需求；对4个回转关节的4自由度搬运码垛机器人进以根据码垛物品的不同，在法兰盘上连接不同形式的行了结构计算和运动学分析，利用牛顿一欧拉递推算执行器J。机器人的本体结构如图1

5、所示。法推导出机器人的动力学方程，通过MATLAB编程，计算出各个关节的力矩方程和力矩值，最后在ADAMS软件中进行动力学仿真，验证理论推导的正确性。1关节式码垛机器人机构设计该关节式4自由度码垛搬运机器人设计负载为80kg，由4个回转关节构成：(1)底座通过一个轴线垂直于地面的旋转关节与主构架连接；(2)主构架通过旋转关节安装在底座上，为整个臂部的支撑，其上安装有大臂、小臂和保持腕部水平的连杆，大臂、小臂图1关节式码垛机器人的本体结构与连杆相互构成并联的平行四边形机构，该机构方式收稿日期：2012—

6、07—20：修订日期：2013—04—11基金项目：安徽省自然科学基金资助项目(11040606M108)；中国科学院新兴战略产业资助项目；中国科学院院长基金火花资助项目作者简介：李爱成(1988一)，男，安徽六安人，硕士研究生，主要从事先进制造技术及其关键技术研究。2013年10月李爱成，等：关节式码垛机器人运动学分析与动力学仿真17：=(0)(0：)；(03)(04)(1)2关节式码垛机器人的运动学分析它是关节变量0，0：，0。，04的函数。最后，求出连杆变换之积：2．1关节式码垛机器人的运动学正

7、解nO0POyoyPy运用D—H方法对机器人运动学分析，首先建：T=T=y(2)立关节式4自由度码垛机器人的D—H坐标系，连杆坐nzO：Ⅱp：0001标系的设定如图2所示，相应的连杆参数列入表1。根式中：n=C1c2c3c4一Cl$253c4—5l54；据连杆参数，可得到各个连杆变换矩阵：n81C2~3C4一sl8253C4+c1s4；COS0l—sin0l00n$2C3C4+C2S3C4；sin0lcos01000一C1C2C3S4+Cj$2S3C4一S1C4；。。㈨j一0v一slC2~3S4+s1

8、S253S4+c1C4；0001O一s2c3s4一c2s3s4；0=一c1c2s3一c1s2C3；0v一s1C253一s12C3；T=02一S283+c2C3；P=d6clC2。3一d7。l3+d3Cl—d6s23一d7s23一dl2；P=d6slC2C3一d7sl3+d3s1一d6s23一d7s2。3一d1S2；∞P=d62c3一d7S23+d3s2+d6c23+d7c2c3；sin0cos00033ll，C1——sin0l，CO801。001d1式(