小型五自由度串聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計及運(yùn)動學(xué)分析.pdf

1、串聯(lián)機(jī)器人作為機(jī)電一體化大背景下的優(yōu)秀產(chǎn)品，近些年其與機(jī)器視覺以及計算機(jī)等先進(jìn)領(lǐng)域緊密結(jié)合，使得串聯(lián)機(jī)器人的工作能力不斷提升，對于各行各業(yè)不同的工作業(yè)務(wù)需求，串聯(lián)機(jī)器人及其衍生機(jī)器人都可以完美勝任。本文主要工作為開發(fā)一臺以教學(xué)為主要用途的小型五自由度串聯(lián)機(jī)器人，以幫助本科學(xué)生研究學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的工作原理和工作過程。
　　本文將主要探討小型五自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過學(xué)習(xí)各種機(jī)器人課程和參考已經(jīng)發(fā)表論文的已有類似研究，確定機(jī)器人的

2、整體結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過使用三維建模軟件建立三維模型，運(yùn)用仿真和分析軟件進(jìn)行相關(guān)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的分析和仿真，最后確定最終的方案設(shè)計，選購耗材組裝初代機(jī)。
　　首先參考市場上同類型產(chǎn)品的構(gòu)型和技術(shù)參數(shù)，結(jié)合課題要求確定機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)和機(jī)構(gòu)構(gòu)型，根據(jù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)構(gòu)型選擇并設(shè)計合適的傳動系統(tǒng)，結(jié)合機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)確定機(jī)器人的電機(jī)和減速器型號，運(yùn)用三維建模軟件建立機(jī)器人的整體三維模型。
　　運(yùn)用D-H參數(shù)法建立了小型五自由度串聯(lián)機(jī)器人的連

3、桿坐標(biāo)系和連桿參數(shù)，列出了各個關(guān)節(jié)的齊次變換矩陣，對機(jī)器人進(jìn)行了正運(yùn)動學(xué)分析，推導(dǎo)出了機(jī)器人末端執(zhí)行器相對于基座標(biāo)系的位姿矩陣，對機(jī)器人進(jìn)行了逆運(yùn)動學(xué)分析，求出了機(jī)器人各個關(guān)節(jié)角的表達(dá)式，列出了機(jī)器人的雅克比矩陣，最后運(yùn)用Matlab軟件對機(jī)器人的運(yùn)動空間進(jìn)行了仿真。
　　通過拉格朗日法對小型五自由度串聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行動力學(xué)分析，推導(dǎo)出來機(jī)器人前三個關(guān)節(jié)的動力學(xué)方程，并通過Matlab軟件求解出了機(jī)器人前三個關(guān)節(jié)的最大力矩，驗證電機(jī)和

4、減速器選型是否符合要求，運(yùn)用Workbench軟件對機(jī)器人模型進(jìn)行了模態(tài)分析，得到了分析云圖，得到了機(jī)器人結(jié)構(gòu)的振動特性，避免機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計可能產(chǎn)生的共振損害。
　　對機(jī)器人極限位置進(jìn)行靜力學(xué)分析，得到機(jī)器人在極限位置時的應(yīng)力和應(yīng)變云圖，對機(jī)器人的關(guān)鍵部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，得到應(yīng)力和應(yīng)變云圖，通過對機(jī)器人的應(yīng)力和應(yīng)變云圖的分析，確定機(jī)器人的強(qiáng)度和剛度是否符合要求。
　　購買材料和零件，依照設(shè)計搭建了第一代小型五自由度串聯(lián)機(jī)器人