1、分类号 密级 UDC 编号 硕 士 学 位 论 文基于工业机器人玻璃在线堆垛系统的研究学 位 申 请 人： 崔庆东 指 导 教 师： 崔凤奎 教授 王晓强 副教授 学 科 专 业： 机械制造及其自动化 学 位 类 别： 工 学 2012 年 5 月摘 要I论文题目： 基于工业机器人玻璃在线堆垛系统的研究 专 业： 机械制造及其自动化 研 究 生： 崔庆东 指导教师： 崔凤奎、王晓强 摘 要本文在深入了解国内外玻璃在线堆垛行业发展的基础上，结合现有智能堆垛机械手，设计了一套基于工业机器人的玻璃在线堆垛系统，并对系统进行运动学分析及轨迹规划，最终实现玻璃在线堆垛作业。首先根据系统作业类型，设计系统
2、末端执行器。末端执行器是系统执行部件，根据玻璃在线堆垛作业类型设计末端执行器，即吸盘架。根据吸盘架吸附玻璃重量、尺寸等具体条件设计气路系统；根据玻璃在线堆垛系统的具体工作情况和实际要求，选取了真空发生器等系统关键部件，最终完成系统的搭建。用 Pro/E 软件建立了工业机器人系统的三维实体模型，根据关节空间关系坐标系，建立 D-H 模型，计算得到 6 个关节坐标变换矩阵，求出相邻连杆的坐标变换通式，从而求出正向运动学方程；在正向运动学求解的基础上，运用解析法求解了逆向运动学问题，并对多解性作了分析；在关节空间中，采用三次多项式函数法对机器人的轨迹进行了规划，对玻璃堆垛过程中经过的关键点进行三次多
3、项式拟合，得到各个运动轴的驱动函数，从而完成系统的轨迹规划。在 Pro/E Mechanism 模块中对三维实体模型添加驱动和驱动参数，根据运动学求解结果及系统轨迹规划曲线进行运动学仿真，同时模拟了规划轨迹的全过程，并对这一过程进行了运动学分析，最后用实验验证了轨迹规划合理性以及可行性。该项研究的意义在于提高工业机器人系统的工作效率、为系统编程提供数据以及为操作工业机器人系统提供理论指导。关 键 词：工业机器人，吸盘架，运动学分析，堆垛系统论文类型：应用基础研究1本课题得到了河南省重点科技攻关项目（基于工业机器人的玻璃在线堆垛系统，102102210029）资助。河南科技大学硕士学位论文IIS
4、ubject: The Research of Glass-online Stacking System Based on the Industrial Robot Specialty: Mechanical Manufacturing and Automation Name: Cui Qingdong Supervisor: Cui Fengkui Wang Xiaoqiang ABSTRACTAfter the research of domestic and international development of glass online stacking industry and c
5、ombined with the existed smart stacking robot, this paper designed a glass stacking system based on the industrial robot. Kinematic analysis and trajectory planning were done, ultimate the glass online stacking job were realized.First, according to the operating type, designed the end effector of th
6、e system. The end effector is the implementation component of the system, according to the glass on-line stacking type designed the suction cup holder. According to glass weight, size and other specific conditions to design gas system; according to the specific work conditions and actual requirement
7、s of the glass on-line stacking system, select the vacuum generator and other key components, finally completed the system.Creaded the 3D solid model of the industrial robot IRB2400 with Pro/E software. Relations based on joint space coordinate, established the D-H model, then calculated and got the
8、 six joints transformation coordinates, thus got the kinematic equations. The forward kinematics solution based on the use of the analytical method for solving the inverse kinematics problem, and multiplicity of solutions are analyzed. Cubic polynomial function of the robot trajectory planning in jo
9、int space. Uses the key points of the glass stacking process to make the three polynomial, received the drive functions of all the axises, thus completing the system trajectory planning.Add driver and driver parameters to the three-dimensional solid model in Pro/E Mechanism module, according to the
10、result of kinematics and the system trajectory planning curve to simulation, at the same time to simulate the whole process of planning trajectories, and kinematic analysis, finally, show the rationality and feasibility of the trajectory planning used experimental. The significance of the study is t
11、o improve the work efficiency of the industrial robot system, to provide data for system programming, as well as to provide theoretical guidance for the operation of industrial robot systems.摘要IIIKEY WORDS: Industrial robot, Suction cup frame, Kinematics analysis, Stacking syetemDissertation Type: f
12、undamental research河南科技大学硕士学位论文IV目 录第 1 章 绪论 .11.1 课题来源.11.2 课题研究的背景与意义.11.3 玻璃在线堆垛系统.11.3.1 人工堆垛 .21.3.2 简单机械堆垛 .21.3.3 基于工业机器人的玻璃在线堆垛系统 .31.4 基于工业机器人玻璃在线堆垛系统的研究现状.31.4.1 国内现状 .31.4.2 国外现状 .41.5 本文主要内容.51.5.1 论文各章主要内容概括 .51.5.2 本文主要内容结构框架 .5第 2 章 基于工业机器人的玻璃在线堆垛系统 .72.1 基于工业机器人的玻璃在线堆垛系统.72.2 工业机器人.8
13、2.2.1 工业机器人 .82.2.2 工业机器人在堆垛系统中的应用 .92.2.3 控制系统 .102.3 末端执行器.112.3.1 吸盘架结构设计 .112.3.2 气路系统方案设计 .122.3.3 真空器材选型 .132.4 本章小结.16第 3 章 系统运动学分析 .173.1 运动学分析的重要性和 D-H 算法 .173.2 运动学基础.183.2.1 位置描述 .183.2.2 姿态描述 .183.2.3 位姿描述 .20目录V3.3 坐标系的建立.213.4 正向运动学分析.243.4.1 相邻连杆坐标系的变换通式 .243.4.2 相邻连杆坐标系的齐次变换矩阵 .263.4
14、.3 正向运动学方程 .283.5 逆向运动学分析.303.5.1 逆解问题的可解性 .303.5.2 解析算法 .323.6 本章小结.35第 4 章 系统轨迹规划 .374.1 工作空间求解.374.2 轨迹规划方法.404.3 关节空间轨迹规划.414.4 关节轨迹规划函数.414.4.1 三次多项式函数法 .414.4.2 过路径点的三次多项式函数法 .434.5 玻璃在线堆垛系统轨迹规划.454.6 本章小结.48第 5 章 运动学仿真分析 .495.1 Pro/E 软件简介 .495.1.1 Pro/E 概述 .495.1.2 Pro/Mechanism 模块介绍 .495.2 仿真模型的构建.505.2.1 零部件的三维造型 .505.2.2 装配模型的建立 .525.3 模型仿真及结果分析.535.3.1 模型的导入及驱动的添加 .535.3.2 仿真结果及分析 .545.4 本章小结.57第 6 章 实验验证及分析 .596.1 实验方案.596.2 实验过程.60河南科技大学硕士学位论文VI6.2.1 坐标系设定及编程 .606.2.2 运动过程分析 .616.3 实验结果比对.616.4 本章小结.62第 7 章 结论 .637.1 本文总结.637.2 研究展望.64参考文献 .65致 谢 .68攻读硕士学位期间的研究成果 .69VIII
