物流转运机器人减振底盘系统设计

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随着现代物流行业的快速发展,物流机器人逐渐取代传统人工搬运成为货物转运的主流。因此设计一款适应现代物流仓库环境下的自动化物流转运机器人是至关重要的,本文在现有物流仓储转运机器人的基础上,设计一款用于现代化物流仓库的双差速轮转运机器人减振底盘。本文的主要研究内容如下:(1)物流转运机器人减振底盘总体方案设计。对物流转运机器人的工作环境进行分析,确定了机器人减振底盘的技术指标,设计了机器人减振底盘的总体方案,并对车架悬架系统、驱动系统、轮系布局、避障系统和硬件系统进行设计。(2)物流转运机器人减振底盘车架轻量化设计。基于物流转运机器人减振底盘车架的三维模型,运用有限元软件进行了强度和刚度分析与校核;进行预应力模态分析,仿真结果表明驱动电机激励及路面不平度引起的车体振幅最大为0.74mm,此时触发车体的激振频率为92.648Hz,与驱动电机激励25Hz相差较大,避免了因共振对减振底盘车架产生的损坏;构建以车架托板板厚和肋板连接处宽度为变量、以结构质量最小为目标、以总变形与等效应力为评价统计量的优化模型,采用直接优化与响应面优化方法对设计变量进行求解,获得了基于直接优化的车架系统优化结果,验证了结构设计的合理性。(3)物流转运机器人减振底盘运动学分析。以物流转运机器人减振底盘为研究对象,分析机器人不同工况下的运动学特性,建立了物流转运机器人的正、逆运动学模型,采用ADAMS软件和MATLAB软件进行了直线运动、曲线运动和原地转向运动的数学模型进行求解,机器人在三种运动方式下最大误差分别为5.24mm、10mm和5mm,满足实际工况需求。建立了双差速轮纠偏模型,并进行了MATLAB仿真验证,提高了机器人的行驶精度。(4)物流转运机器人减振底盘六轮系悬架结构设计。分析了现有悬架结构布局与类型,结合减振底盘的隔振需求,确定了悬架系统的结构参数,设计了一款模块化、高集成度的六轮系悬架结构。静力学分析结果验证了机器人悬架结构满足不同工况下强度刚度设计要求。以垂向振动加速度为评价统计量,分析了有无悬架系统的物流转运机器人减振底盘行驶振动特性,结果表明有悬架时垂向振动加速度降低了约40%,验证了悬架系统的必要性和合理性。(5)物流转运机器人减振底盘性能测试。搭建实验平台对物流转运机器人减振底盘进行运动学与悬架振动性能实验,实验结果表明,机器人在不同速度下直线运动时速度偏差的最大值为1.5%;机器人在0.5m/s时进行曲线运动和原地转向运动的偏差率最大值为9.6%和17.6%。机器人以不同速度空载行驶在有障碍路面的最大加权加速度为1.272m/s2,满载行驶在有障碍路面的最大加权加速度为1.055m/s2,验证了悬架系统建模与设计的准确性。
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