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复杂环境光学模块装校机器人的设计与研究

贾海军  
【摘要】: 在某工程建设中,有大量的洁净精密光学模块需要从侧面装入到主体装置上去。这些模块种类繁多、数量巨大,外形尺寸、结构和重量也有很大差别,每类模块都有独特的安装位置,安装作业的空间复杂而狭小,安装对位的过程中需要对模块的姿态进行调整而且有一定的精度要求,安装作业任务频繁而严峻。本文正是针对该安装作业任务的需要,设计了一台满足所有侧装光学模块的安装需求并具有一定精度和作业效率的七自由度冗余自由度串联装校作业机器人。 论文首先介绍了国内外工业机器人的研究现状,对装校系统的作业对象、作业环境和作业流程进行了详细的介绍和分析,在此基础上提出了装校机器人的功能和技术指标。结合装校作业的实际情况,通过对机器人手臂和手腕结构的比较确定出了机器人的总体方案并确定了机器人的连杆尺寸和关节运动范围。分析比较了驱动方式和多种直线运动机构,完成了机器人的结构设计。 其次,简要介绍了机器人运动学分析的数学理论,并用D-H法建立了装校机器人的运动学模型,从理论上完成了机器人的运动学正解和逆解分析,利用矢量积法推导出了机器人的雅可比矩阵。 再次,利用虚拟样机技术,针对最重的切换模块的整个实际装校流程在COMOSMotion中进行了运动学仿真分析,得到了模块的质心运动轨迹和速度、加速度、位移曲线,同时还得到了整个装校过程中各关节的驱动力矩、反作用力和反作用力矩,为提升机构、侧送机构的设计验证以及后续的关键件应力应变分析提供了重要依据。 最后,将运动学仿真分析的结果导入到COSMOSWorks中进行有限元分析,得到了装校作业过程中各连杆的应力变化曲线。单独对各连杆的最大应力状态进行分析得到了各自的应力云图和位移云图,并针对出现应力集中和应力过大的连杆提出了改进方案。此外,还对受力较大的侧送导轨、关节轴承进行了计算校核。


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