袋装物料搬运机器人动力学研究

机器人系列论文

济南大学硕士学位论文

袋装物料搬运机器人动力学研究

姓名：康鹏桂申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：李长春

20090530

机器人系列论文

摘要

水泥、化肥、粮食、面粉、饲料、农副产品和矿产品等粉粒状物料大都是采用袋包装运输的，并且这些物料产量巨大，目前我国袋装物料的仓库搬运和装卸运输方式主要是靠肩扛和小车拉，不仅装卸工人的劳动强度大、工作效率低，而且是在粉尘的环境下工作，危害装卸工人的身心健康。由机器人代替人工搬运袋装物料就成为一种合理的选择，“袋装物料装卸汽车机器人的研究＂（山东省教育厅科技计划项目，项目批准号：Ｊ０５８０２）就是在这样的背景下提出来的，本文以省教育厅科技计划项目为依托，完成了上述目标的基础性部分，即对课题组研究的一台５自由度袋装物料搬运机器人进行了运动学和动力学计算的研究，并做了相应的仿真分析。

所完成的主要工作包括，建立了该机器人的串联５杆运动坐标系，及其等效简化结构的多刚体动力学模型，对上述模型进行了运动学和动力学分析，计算出了该机器人系统的运动学方程及雅可比矩阵，并推导出其简化结构多刚体系统的第二类拉格朗日动力学方程组。并且基于Ｍａｔｌａｂ对袋装物料搬运机器人动力学微分方程编程求解，开发出一个形象实用的用户系统，便于求解复杂的动力学微分方程的解。

在此基础上，还运用ＡＤＡＭＳ虚拟样机技术对该机器人系统作了考虑重力影响的动力学仿真：即先借助Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ的参数化建模功能建立了该５自由度袋装物料搬运机器人的虚拟三维实体模型，并通过ＡＤＡＭＳ可以识别的Ｐａｒａｓｏｌｉｄ格式将该虚拟机器人导入ＡＤＡＭＳ平台，再参照机器人实际的几何参数、物理特性以及约束条件，建立了该虚拟５自由度机器人的动力学仿真模型，并在有重力作用下，进行空间轨迹跟踪的仿真，获取了一系列的重要结果，为优化机器人结构和提升控制品质的后续研究工作提供有价值的数据信息。

关键词：袋装物料；搬运机器人：运动学分析；动力学分析；仿真

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Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅｃｅｍｅｎｔ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｇｒａｉｎ，ｆｌｏｕｒ，ｆｅｅｄｓｔｕｆｆ，ｍｉｎｅｒａｌｓａｎｄｕｓｕａｌｌｙｉｎｐａｃｋａｇｅ，ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆｔｈｅｓｅｔｈｉｎｇｓｉｓｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｉｓｍａｉｎｌｙｄｅｐｅｎｄ

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