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HP-6机器人是日本安川电机株式会社Motoman机器人公司研发的一款6自由度旋转关节通用机器人,具有本体模块化结构、承载能力大、运动速度快、定位精度高、控制系统完善可靠等特点。我系于2007年2月引进了一台HP-6机器人用于教学实验和开展研究。为解决该机器人的位置运动关节,尤其是L臂(大臂)驱动关节在工作空间内一些点位处发生无负荷过载振动,及加装具有焊缝轨迹跟踪能力的高精度连续弧焊焊接系统对运动平稳性要求,以及为满足本科生大量的机器人课程实验等问题,开发一套独立的、能结合系统动力学分析结果的、面向本科生机器人课程教学实验的公共离线编程系统就成为一项近期内必须完成的重要工作。上述各问题的解决无疑是建立在该机器人运动学和动力学理论分析基础之上的。基于上述原因,本论文研究的主要任务是开展对HP-6机器人系统相关动力学问题的研究分析,研究工作的重点为下列目标:①确定在许可的工作空间范围内,机器人各位置运动关节,尤其是L臂驱动关节出现无负载脉动扭矩和点位的理论分析值及分布情况:②完成HP-6机器人三维建模和动力学仿真工作,给出机器人沿任意路径轨迹和以任意速度运动时各位置运动关节,尤其是L臂驱动关节无负载扭矩峰值变化情况和相应点位;③设计实验方法,进行相关试验,对理论分析和虚拟仿真结果提供可靠支持。本论文主要进行了以下方面的工作。1.对HP-6机器人进行了针对本课题任务的动力学分析,建立了基坐标系和运动坐标系统、确定了D-H参数表、导出了运动学方程和简化动力学方程;2.完成了HP-6机器人本体结构三维CAD建模和ADAMS虚拟环境下针对本课题任务的简化动力学模型建模工作,进行了路径轨迹的运动仿真研究,并对大臂承载结构进行了ANSYS平台的有限元强度和刚度分析;3.设计实施了机器人大臂结构的动静状态应力测试,所得试验结果验证了动力学仿真和有限元分析的正确性,及大臂结构形式的合理性。