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《辽宁工业大学》 2018年
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基于并联机构的汽车覆盖件冲压线上下料机器人研究

王云亮  
【摘要】:上下料机器人是汽车覆盖件冲压线的重要组成部分,其性能直接关系到整条冲压线的生产效率,如何设计更加优秀的上下料机器人机构已成为国内外学者研究的重要课题。目前,大多数汽车覆盖件冲压生产线,采用串联机器人机构实现上下料。由于串联机器人机构存在刚度低、惯性大、精度低、速度慢等问题,因而这严重制约了覆盖件自动化生产线的加工效率和生产质量。并联机器人机构相对于串联机器人机构具有高精度、高速度、高刚度、低成本等优点,具有应用于冲压线上下料工序的潜质。本文尝试将并联机构应用于覆盖件冲压线上下料机器人中,进而设计出一种基于并联机构的新型上下料机器人。本文主要针对下列几个方面进行了研究:第一,针对车身覆盖件冲压线生产过程进行研究,获得覆盖件、压机布局、上下料轨迹的相关参数,分析出完成覆盖件上下料至少需要2个平移自由度。结合螺旋理论,对并联机构进行构型综合与选型设计,得出符合要求的并联机构。再结合压机间上下料工序实际情况,在并联机构动平台末端添加了移动机构,进而获得一种既具有并联机构优点,又具有大工作空间的新型上下料机器人。第二,针对上下料机器人并联机构部分,利用闭环矢量法建立该机构位置正解和逆解模型,从而获得该机构位置正解和位置逆解的解析解。结合位置逆解和工作空间约束条件,在Matlab中利用搜索算法获得了并联机构末端的工作空间。结合冲压工艺和覆盖件上下料轨迹,对其工作空间进行分析,确定了工作空间中的有效部分,建立了有效工作空间的评价方法。第三,通过有效工作空间的评价方法,获得了有效工作空间的评价指标,分析了有效工作空间的评价指标与并联机构各参数间的关系。通过上下料机器人并联机构位置逆解,获得并联机构位置的速度雅克比矩阵,建立了基于速度雅克比矩阵的灵巧性评价指标,分析了灵巧性指标与并联机构各参数间的关系;通过上下料机器人并联机构位置逆解和虚功原理,获得并联机构的力雅克比矩阵,建立了基于力雅克比矩阵的承载能力评价指标和承载稳定性评价指标;分别分析了承载能力评价指标与并联机构各参数间的关系,以及承载稳定性评价指标与并联机构各参数间的关系;由于并联机构参数对各项指标的影响趋势并不一致,改变同一机构参数不能使得各项参数同时达到最优。所以针对该类多参数多性能指标的综合参数优化问题,本文提出基于性能图谱的蒙特卡罗法,建立了以性能指标为基础的机构参数概率模型。利用Matlab软件编写程序,在机构各参数范围内进行抽样,统计出了机构各参数抽样值的分布规律,确定了一组较为合理的参数。第四,针对汽车覆盖件上下料机器人进行轨迹规划和ADAMS仿真。根据参数优化的结果,在Solidworks软件中对上下料机器人进行三维实体造型,并利用数据转换技术将三维实体模型导入到商用ADAMS仿真软件。采用修正的梯形轨迹,对上下料轨迹的位移、速度、加速度进行了系统规划,并利用位置逆解方程及样条插值,获得了轨迹上各关键点所对应各驱动杆的样条插值曲线。将各驱动杆长变化的样条曲线作为驱动函数,使上下料机器人按照修正的梯形轨迹运动。机器人在整个上下料过程中,其运行良好,不存在干涉、脱落、撞击等现象,表明其满足了基本的上下料作业要求,验证了其结构设计的合理性。利用ADAMS软件的数据导出功能,将仿真轨迹数据与目标规划轨迹数据进行对比,并给出了轨迹误差表,结果表明轨迹误差在10~(-12)mm数量级,从而验证了逆解方程的正确性。另外,通过数据后处理获得各杆位移、速度、加速度的变化曲线,从变化曲线可知,其变化平稳且无突变,说明其运动学特性可以接受,从而验证了规划轨迹的可行性,同时也为物理样机设计提供了依据。
【学位授予单位】:辽宁工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:U468.22;TG385.9

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