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1、机械制造自动化论文机械制造自动化论文专 业 机械制造及其自动化 摘 要本设计以水平四自由度装配机器人大小手臂为研究对象，采用虚拟样机技术对机械系统进行设计，利用UG的运动学和动力学仿真功能，对水平四自由度装配机器人手臂的运动学和动力学特性做了深入研究。仿真分析结果可以指导零件的结构设计或调整零件的材料的选择。虚拟样机技术的应用对于提高工业产品的品质，降低产品开发和生产成本具有很大的作用。首先建立了水平四自由度装配机器人整体的模型，并依据以上模型建立了水平二连杆机器人手臂的运动学和动力学方程，从理论上对水平二连杆机器人大小手臂的运动学和动力学规律进行研究。在机器人手臂的运动学和动力学仿真分析方面
2、，利用UG做运动学和动力学仿真，可以得到各杆件的任一点的位置、速度、加速度、作用力、力矩、各连杆的动能和机械手的总动能等。以上信息的取得对于机器人手臂的设计可以起到支持作用。关键词：水平四自由度装配机器人；运动学分析；动力学分析；仿真AbstractIn this article, we aim to design a planar four-DOF assembly robot arm. Using virtual Prototyping Technology designs mechanism system. We utilize the kinematics and dynamics s
3、imulation function of virtual prototype software UG to get the kinematics and dynamics characteristic of the planar four-DOF assembly robot arm. The simulation results of the analysis can help us modify the material of part and improve the structure design. Applying virtual Prototyping Technology is
4、 important for improving the quality of product and decrease the case of product.We first build the model of the planar four-DOF assembly robot; then establish the kinematics and dynamics equation of the planar four-DOF assembly robot arm, and do some theoretical research on the kinematics and dynam
5、ics characteristics of the robot arm. For the two-bar robot arm, we focus merely the whole kinetic energy at horizontal condition, and neglect the change of potential energy due to the bending deflection of the robot arm. In the simulation of the kinematics and dynamics of robot arm, we use UGto get
6、 the displacement, speed, acceleration, force, torque, kinetic energy of each link and the whole kinetic energy of robot arm, etc. Such information will support the design of robot arm.Key word: Planar four-DOF assembly robot; Kinematics analysis; Dynamics analysis, Simulation目 录第一章 绪论-11.1 工业机器人及其相
7、关技术的发展概括-11.1.1 工业机器人技术概况-11.1.2 世界工业机器人技术发展概况-11.1.3 我国工业机器人技术发展概况及主要研究内容-31.2 虚拟样机技术的重要作用-71.3 本课题研究的意义和目的-91.3.1 课题的意义-91.3.2 课题的目的-101.4 本课题的研究的方法-10第二章 水平四自由度装配工业机器人的总体设计情况-122.1 水平四自由度装配工业机器人的设计方案-122.1.1 总体设计方案的构思-122.1.2 大臂和小臂模组的设计构思-162.1.3 Z轴模组的设计构思-182.2 装配工业机器人的外形尺寸和工作空间-192.3 水平四自由度装配工业
8、机器人的机械结构方案设计-202.3.1 第一关节结构设计-202.3.2 第二关节结构设计-212.3.3 第三、第四关节结构设计-22第三章 水平四自由度装配工业机器人的建模-243.1 建立各装配部件3D模型-243.2 建立总装配3D模型-26第四章 水平四自由度装配工业机器人的运动学分析-294.1 在X-Y平面内建立二连杆的运动学算法模型-294.2 二连杆机构运动学分析的数学基础-304.2.1 二连杆机构在X-Y平面内的空间示意图-304.2.2 二连杆机构在X-Y平面内位置和姿态的数学描述-304.2.3 齐次坐标变换-314.3物体的变换与逆变换-314.3.1 物体的位置
9、描述-314.3.2 齐次变换的逆变换-314.3.3 变换方程初步-314.4 UG的水平四自由度装配工业机器人的运动学分析-324.4.1 机器人正向运动学-324.4.2 机器人逆向运动学-324.5 运动学仿真分析-334.5.1 广义坐标和时间的函数曲线-364.5.2 速度约束方程和时间的函数曲线-364.5.3 加速度约束方程和时间的函数曲线-37第五章 水平四自由度装配工业机器人的动力学分析-375.1 二连杆机器人手臂动力学方程的建立方法-385.1.1 速度的计算-385.1.2 动能的计算-395.1.3 动力学方程的推导-405.2 二连杆机构的点到点动力学仿真-415.2.1 二连杆机构动能变化关系-425.2.2 二连杆机构转矩变化关系-42第六章 总结-45致谢-46参考文献-473第一章 绪论1.1 工业机器人及
