輪式四自由度火車摘鉤機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其誤差分析.pdf

1、我國鐵路編組站經(jīng)過幾十年的發(fā)展，形成了幾十個(gè)擁有新技術(shù)裝備的駝峰編組場。然而，由于火車自動(dòng)摘鉤系統(tǒng)存在諸多技術(shù)難點(diǎn)問題，火車摘鉤自動(dòng)化尚未徹底解決，使得現(xiàn)如今鐵路摘鉤人員工作強(qiáng)度大并存在摘鉤安全隱患。為了解放勞動(dòng)力、提高工作效率并消除工人操作安全隱患，本文通過對摘鉤過程的分析設(shè)計(jì)了一種形式新穎的火車自動(dòng)摘鉤機(jī)器人。它可以替代摘鉤人員完成列車的自動(dòng)摘鉤，填補(bǔ)編組站自動(dòng)摘鉤領(lǐng)域的空白。
　　首先，在綜合分析國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，確定

2、了火車摘鉤機(jī)器人的系統(tǒng)方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。采用模塊化思想提出并設(shè)計(jì)了一種全新的火車摘鉤機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)。這里將火車摘鉤機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)分為摘鉤機(jī)械手模塊、升降模塊、橫移模塊和行走模塊。各執(zhí)行模塊分別由各自的驅(qū)動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)，最后通過控制系統(tǒng)來控制各驅(qū)動(dòng)裝置以保證各模塊協(xié)調(diào)動(dòng)作來完成對火車車鉤的自動(dòng)摘取。
　　其次，建立了火車摘鉤機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，對機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)正解與反解計(jì)算。分別利用幾何繪圖法與數(shù)值分析法分析了火車摘鉤機(jī)器人的操

3、作空間以驗(yàn)證摘鉤動(dòng)作的可行性。基于五次多項(xiàng)式插值法對摘鉤機(jī)械手進(jìn)行了軌跡規(guī)劃，從規(guī)劃的結(jié)果可以看出，機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中位置連續(xù)，速度平穩(wěn)且不存在加速度突變。這說明機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)作平穩(wěn)可靠，不存在振動(dòng)和沖擊等劇烈運(yùn)動(dòng)的情況。之后，在機(jī)器人D-H參數(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，基于牛頓-歐拉法建立了機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程，并利用SimMechanics對其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，求出各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩。
　　最后，采用矩陣微分法建立了機(jī)器人末端機(jī)械手

4、的靜態(tài)位姿誤差模型，對火車摘鉤機(jī)器人進(jìn)行末端機(jī)械手運(yùn)動(dòng)誤差分析。對由機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中運(yùn)動(dòng)變量和結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差引起的機(jī)器人末端機(jī)械手的位姿誤差進(jìn)行了仿真。從仿真結(jié)果可以看出，角度參數(shù)誤差較長度參數(shù)誤差對機(jī)器人末端機(jī)械手的位姿誤差影響較大。然后又分析了連桿柔性對機(jī)器人末端機(jī)械手誤差的影響，從結(jié)果可以看出，由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，連桿的柔性對其誤差的影響比較微弱。最后又探討了多因素影響下的火車摘鉤機(jī)器人位姿誤差，通過分析，將各種因素引起的機(jī)器人