《基于机器人的复合材料容器缠绕系统动力学分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于机器人的复合材料容器缠绕系统动力学分析（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 工学硕士学位论文 基于机器人的复合材料容器缠绕系统 动力学分析 哈尔滨理工大学 2015 年 3 月 国内图书分类号：TP273 工学硕士学位论文 基于机器人的复合材料容器缠绕系统 动力学分析 硕 士 研 究 生： 导师： 申请学位级别： 工学硕士 学 科 、 专 业： 控制理论与控制工程 所 在 单 位： 自动化学院 答 辩 日 期： 2015 年 3 月 授予学位单位： 哈尔滨理工大学 Classified Index：TP273 Dissertation for the Master Degree in Engineering The dynamics analysis of the
2、composite container winding system which is based on the robot Candidate： Supervisor： Academic Degree Applied for： Master of Engineering Specialty： Control Theory and Control Engineering Date of Oral Examination： March, 2015 University： Harbin University of Science and Technology 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明
3、本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于机器人的复合材料容器缠 绕系统动力学分析 ，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学 位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分 外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人 和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承 担。 作者签名： 日期： 年 月 日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 基于机器人的复合材料容器缠绕系统动力学分析系本人在哈尔滨理工大 学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果 归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名
4、义发表。本 人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔 滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的 全部或部分内容。 本学位论文属于 保密 ，在 3 年解密后适用授权书。 不保密 。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 - 基于机器人的复合材料容器缠绕系统动力学分析 摘 要 纤维复合材料非对称形体容器因其结构的特殊性往往采用人工缠绕，但 人工缠绕生产出的容器缺点极其明显，不仅外观粗糙、强度低、成本高，而 且性能难以保证，
5、这一现状一直制约着整个复合材料行业的发展，实现非对 称形体容器自动缠绕是复合材料行业的发展趋势。从上世纪七十年代至今国 内外对于自动缠绕，无论是理论基础还是实际应用，发展都非常迟缓。现有 的复合材料容器缠绕设备具有活动范围小，灵活度低、未考虑张力影响等缺 点，众所周知机器人以其灵活性高的特点广泛应用于各个行业，所以将机器 人应用于容器的自动缠绕势在必行。本文主要围绕以下几个方面进行研究。 首先，以缠绕容器的形状结构为基础，结合缠绕过程中的速度、加速度 等参数，对复合材料容器在缠绕过程中纤维所受到的变张力进行分析，并由 机器人各关节驱动力矩与移动耗能的关系，推导出机器人优化位姿判据。其 次，根据
6、缠绕机器人六自由度的机械结构，搭建出机器人的虚拟模型，对机 器人的三个位姿进行规划，根据位姿的差异分别推导出运动学正逆方程，对 机器人坐标系进行建立和分析，并针对在缠绕过程中预设的缠绕轨迹进行编 程。最后，将纤维的变张力加载到机器人模型中，使机器人在受变张力和不 受张力的情况下沿设计轨迹运动，用 ADAMS 测量出机器人三个位姿的各 关节的参数变化，分析机器人的最优位姿。 本文对六自由度机器人在受变张力和不受张力的情况下进行实验，使机 器人模型沿预设轨迹进行运动，通过测量两种情况下的各个位姿六个关节的 力矩曲线，并将实验数据与力矩耗能关系相结合，分析出在缠绕过程中机器 人的优化位姿。 关键词
7、机器人；缠绕系统；动力学 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 - - The dynamics analysis of the composite container winding system which is based on the robot Abstract Because of the unique structure of the fiber composite asymmetric container it was often wound by artificial, but the artificial wound produce has extremely obvious s
8、hortcomings, not only it has the rough appearance, the low intensity, the high cost, but also the performance is difficult to guarantee, this situation has restricted the development of the composites industry, to make the automatic winding asymmetric container come true is the development trend of
9、the composites industry. So far from seventies of last century, both the theoretical foundation and the practical application of the automatic winding which were developed very slow. The extent winding device of the composite container has so many disadvantages, such as the small-scale activities, t
10、he low flexibility， has not consider the tension effect and so on. We all know that the robot has the characteristics of high flexibility, and it is widely used in various industries, so it is important to use the robot in the container automatic winding. This paper mainly focuses on the following a
11、spects to study. First, according to the shape and structure of the winding container, combining with the speed, acceleration and other parameters of the winding process, make the tension analysis of the composite container during winding process, and deduced the relationship of the each joint drive
12、 torque and energy consumption of the robot. Second, according to the mechanical structure of six degrees freedom winding robot, building a virtual model of the robot, planning the position and orientation of the robot, deducing the kinematic equations of the robot, and editor the pre-track programm
13、ed for the winding work. The last, adding the fiber tension to the robot model, and let it moving along with the pre- track, using the ADAMS to measuring the change of the parameters of the robot joints, and analysis the best position and orientation of the robot. This paper through the experimental
14、 of the six degrees freedom robot along 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 - - the preset trajectory movement which is under the tension conditions, combining with the experiment data and the relationship of torque energy, and analysis the best position and orientation of the robot which during the winding process. Ke
15、ywords robot, winding system, kinematics 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 目 录 摘 要 . I Abstract . VI 第 1 章 绪论 1 1.1 课题背景及研究的目的与意义 . 1 1.2 国内外研究现状及分析 . 3 1.3 主要研究内容 . 5 第 2 章 机器人的运动学分析 7 2.1 复合材料容器缠绕张力分析 . 7 2.2 缠绕机器人最优位姿判据 . 9 2.3 机器人的位姿规划与运动学分析 . 11 2.3.1 缠绕机器人模型 . 11 2.3.2 机器人的位姿规划 . 12 2.3.3 机器人的运动学分析 . 13 2.4 本章小
16、结 . 16 第 3 章 系统建模及仿真编程 17 3.1 机器人坐标系建立与分析 . 17 3.2 机器人模型的建立 . 19 3.2.1 模型的组装 . 19 3.2.2 ADAMS 模型的生成 20 3.3 控制程序的编写及分析 . 21 3.4 本章小结 . 24 第 4 章 机器人缠绕的仿真实验及分析 25 4.1 无张力实验及分析 . 25 4.1.1 仿真准备 25 4.1.2 实验数据及分析 29 4.2 带张力实验及分析 . 32 4.2.1 仿真准备 32 4.2.2 实验数据及分析 33 4.3 本章小结 . 36 结论 37 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 参考文献 38 攻读学位期间发表的学术论文及专利 41 致 谢 42 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 - 1 - 第1章 绪论 1.1 课题背景及研究的目的与意义 20世纪是以材料、能源、制造和信息为基础支撑的高新技术时代，新材料 技术的发展标志着社会生产力发展水平的提高，是社会经济发展的先决条件， 也是现代化
