基于并联机器人自动分拣装置的结构设计与分析含4张CAD图
基于并联机器人自动分拣装置的结构设计与分析含4张CAD图,基于,并联,机器人,自动,分拣,装置,结构设计,分析,cad
基于并联机器人自动分拣装置的结构设计与分析任务书一、毕业设计的要求和内容(包括原始数据、技术要求、工作要求)在现代工厂中,自动化生产线越来越普及,它有效的加快了工作的效率,提高生产速度和生产质量。现代化的自动生产线应用到的技术有:机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合,并综合应用到自动生产中;在众多技术的结合下,生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作,有机地融合在一起,组成了系统的整体,具有综合性和系统性的特点。作为生产线中的分拣系统的执行部分,分拣分系统是通过一个压力传感器来检测物品的重量是否合格,不合格品将通过并联机器人搬运到不合格品放置位置,合格品则运行到指定位置。本课题包括基于并联机器人自动分拣装置的运动及其结构设计、基于并联机器人自动分拣装置的运动及其结构运动方案确定,绘制基于并联机器人自动分拣装置的装配图,绘制零件图若干张。设计内容如下:1、工厂调研及国内外相关资料搜集准备,开题报告一份;2、编写基于并联机器人自动分拣装置的结构设计与分析的设计说明书一份,字数要求:中文摘要300字左右,外文摘要250个实词左右,总数不少于8000字;3、基于并联机器人自动分拣装置主要由并联机器人、机身、气动夹具和料盒组成。2、 毕业设计图纸内容及张数1、绘制基于并联机器人自动分拣装置的装配图1张;2、绘制重要零件图若干张。 3、至少完成2张零号图纸的图纸量,原则上不得全部为计算机绘图或手工绘图。三、毕业设计实物内容及要求基于并联机器人自动分拣装置作为生产线分拣系统的执行机构,承担着优品劣品分拣的任务,分拣分系统主要由一个重量检测系统和并联机器人组成。a)重量检测系统物料的是否合格通过物料是否达到一定的重量来确定,这需要通过一个压力传感器或者计重单元来检测。在这里采用压力传感器来检测。b)并联机器人当系统不合格时采用并联机器人将不合格品搬到不合格品区;并连接机器人主要由PLC控制系统、伺服控制系统、机械传动装置和夹具组成。c)工装夹具夹具分为手动夹具和自动夹具。手动夹具一般由基准面、角座、规制板、夹爪、定位销、定位面、轴承、夹钳、气缸及气动元件组成。主要通过定位面、定位销、夹爪进行定位和夹紧,从而确保工件的位置精度。自动夹具就是动力部分换成了其它动力,一般以气动居多。气动系统一般由四部分组成:气源部分包括空气压缩机、冷却器、储气罐、过滤器,一般置于动力站内。控制部分如调压阀、节流阀、气或电控换向阀等。用于控制和调节压缩空气的压力、流量和方向,以满足夹具的动作和性能要求。执行部分能量输出装置,即气缸。与夹紧机构相连接。辅助部分包括管部、接头、压力表、分水滤气器、油雾器、消声器等。起连接、测量、过滤、润滑、减小噪音等作用。四、毕业设计进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备注1参观、实习、调研、搜集资料2020年1月10日2月01日2总体方案论证及确定和论文开题报告2020年2月02日2月16日3机械结构设计及分析2020年2月17日3月29日4修改图纸、编写设计说明书2020年4月01日4月29日5答辩准备2020年4月30日5月15日6毕业答辩2020年5月16日5月17日五、主要参考资料1 王昆.何小柏.机械设计、机械设计基础课程设计M北京: 高等教育出版社,19962 上海纺织工学院.哈尔滨工业大学.天津大学.机床设计图册 M上海: 上海科学技术出版社,19793 李秀智. 工件磨削速算M北京:机械工业出版社,20074尹佑盛. 机械控制学 M重庆:重庆出版社,19975张展.减速器设计选用手册 M上海:上海科学技术出版社,1996执行任务书时间2020年01月10日完成毕业设计时间 基于并联机器人自动分拣装置的结构设计与分析开题报告一、 选题的依据及意义:随着工业的不断发展,对于生产的自动化要求也在不断提高。早在上世纪70年代,人们就用超声波检查挑拣变质的蔬菜水果。现在,工业对于自动分拣的要求更加提高,不同的行业往往会提出不同的要求,但总体来说,相对于人工分拣,自动分拣机器人往往具有高速度,高质量以及可以在某些特殊工作环境下进行分拣工作的特点。例如,机器人可以在一些不适合人工工作的高温场所,或者空气中有不利于人体的物质存在的场所工作,有些机器人可以分拣比较重的物体等等。综上所述,在工业中用自动分拣机器人代替人工分拣已经成为当前工业环境下的发展趋势。机器人从结构上可以分为串联机器人和并联机器人两类,串联机器人具有工作空间大、操作灵活等优点,虽然在工业生产中得到了应用,但是它也存在承载能力低、动力学性能差和关节误差累积等缺点。在实际应用中需要机器人具有高的承载能力、良好的动力学性能以及高精度等要求时,这就迫切需要有另外-种机械结构形式的机器人可供选择。在这种情况下,并联机器人就应运而生了。并联机器人与传统的串联机器人相比,并联机器人具有运行速度快、承载能力强、高柔性化、精度高以及惯性小等特点,因而在航天、航空、航海、机电工业、医疗器械、微型微动机械等方面得到了广泛的应用。物料自动分拣作业基本实现无人化,物料自动分拣装置的目的之一就是为了减少人员的使用,减轻员工的劳动强度,提高人员的使用效率。因此物料自动分拣装置能最大限度地减少人员的使用,基本做到无人化。二、 国内外研究现状及发展趋势(含文献综述):纵观国内外物料自动分拣系统的应用情况可以发现,国外发达国家的物料自动分拣系统倾向于采用自动化程度很高的自动物料自动分拣系统。而在我国,由于起步晚,物料自动分拣系统中人工作业的比例也较高。国外物料自动分拣系统的广泛使用,以美国、日本及欧洲为代表的发达国家,在物料自动分拣系统的应用上呈现出自动化程度越来越高的特点。物料自动分拣系统已成为发达国家工业自动化不可缺少的一部分。主要应用在大中型物流中心、配送中心、流通中心、邮局分拣信件等等随着交流自动控制技术的发展,特别是电子技术的迅速发展,计算机的广泛应用。自动分拣技术在20世纪70年代被引入国内,我国的邮政系统最早并已多年使用自动分拣设备,并在长期的实践中不断创新、不断进步。例如,邮电部相关部门相继开发和研制出具有国际水平的CORE -NT物料自动分拣系统,性价比很高的扁平邮件高速物料自动分拣系统; 上海邮政通用技术设备公司研制成功了速递邮件网络化物料自动分拣系统等。邮政系统还推出了新的信封标准以更好的配合自动化的信件物料自动分拣系统。虽然在邮政系统外的其它行业,国内对物料自动分拣系统的使用还非常少,有关部门和企业正在为此做出不懈的努力。可以肯定,随着物流大环境的逐步改善,物料自动分拣系统在我国流通领域一定会大有用武之地。三、 本课题研究内容设计内容及要求基于并联机器人自动分拣装置作为生产线分拣系统的执行机构,承担着优品劣品分拣的任务,分拣分系统主要由一个重量检测系统和并联机器人组成。1)重量检测系统物料的是否合格通过物料是否达到一定的重量来确定,这需要通过一个压力传感器或者计重单元来检测。在这里采用压力传感器来检测。2)并联机器人当系统不合格时采用并联机器人将不合格品搬到不合格品区;并连接机器人主要由PLC控制系统、伺服控制系统、机械传动装置和夹具组成。3) 工装夹具夹具分为手动夹具和自动夹具。手动夹具一般由基准面、角座、规制板、夹爪、定位销、定位面、轴承、夹钳、气缸及气动元件组成。主要通过定位面、定位销、夹爪进行定位和夹紧,从而确保工件的位置精度。本装置的技术效果是:1、驱动电机均安装在机架上,杆件做成轻杆,机构重量轻、刚性好、惯量小、动力学性能好;2、机构的平动运动和转动运动分别由不同的支链单独控制,机构运动学正、逆问题求解容易,控制方便;3、安装上不同的末端执行器,本机构可应用到装配、焊接、姿态调整和定位设备、激光、医用等领域。四、 本课题研究方案本装置通过以下方案达到上述目的:一种空间四自由度码垛机械手由静平台、动平台及其联接动静平台的四条相同的支链组成,每条支链都由一台固结在静平台上的伺服电机驱动,四台伺服电机共同驱动可实现动平台的三维平动一维转动空间四自由度的运动;第一支链一端通过第一转动副与静平台联接,第一支链另一端通过第二转动副与动平台联接,第二支链一端通过第三转动副与静平台联接,第二支链另一端通过第四转动副与动平台联接,第三支链一端通过第五转动副与静平台联接,第三支链另一端通过第六转动副与动平台联接,第四支链一端通过第七转动副与静平台联接,第四支链另一端通过第八转动副与动平台联接;支链的第一种组成与联接方式为:第一构件通过第I转动副与第二构件联接,第二构件两端分别通过第II转动副、第III转动副与第一连杆、第二连杆联接,第一连杆另一端通过第IV转动副与第三构件一端联接,第二连杆另一端通过第V转动副与第三构件另一端联接,第三构件通过第VI转动副与第四构件联接,第一连杆与第二连杆平行等长;支链的第二种组成与联接方式为:第1构件通过第I虎克铰、第II虎克铰与第1连杆、第2连杆联接,第1连杆另一端通过第III虎克铰与第2构件联接,第2连杆另一端通过第IV虎克铰与第2构件联接,第1连杆与第2连杆平行等长。图1 本装置第一种结构示意图图2 本装置第二种结构示意图图3 本装置第一种支链结构示意图图4 本装置第二种支链结构示意图在图中,1、静平台2、第一伺服电机3、第二伺服电机4、第三伺服电机5、第四伺服电机6、第一转动副7、第三转动副8、第五转动副9、第七转动副10、第二转动副11、第四转动副12、第六转动副13、第八转动副14、动平台15、第一构件16、第I转动副17、第二构件18、第II转动副19、第III转动副20、第一连杆21、第二连杆22、第IV转动副23、第V转动副24、第三构件25、第VI转动副26、第四构件27、第1构件28、第I虎克铰29、第II虎克铰30、第1连杆31、第2连杆32、第III虎克铰33、第IV虎克铰34、第2构件。下面结合附图及实施例对本装置的技术方案作进一步说明。如附图1和2,第一支链一端通过第一转动副6与静平台1联接,第一支链另一端通过第二转动副10与动平台14联接,第二支链一端通过第三转动副7与静平台1联接,第二支链另一端通过第四转动副11与动平台14联接,第三支链一端通过第五转动副8与静平台1联接,第三支链另一端通 过第六转动副12与动平台14联接,第四支链一端通过第七转动副9与静平台1联接,第四支链另一端通过第八转动副13与动平台14联接。如附图2,上述第一支链由固结在静平台1上的第一伺服电机2驱动,第二支链由固结在静平台1上的第二伺服电机3驱动,第三支链由固结在静平台1上的第三伺服电机4驱动,第四支链由固结在静平台1上的第四伺服电机5驱动。如附图3,上述支链的第一种组成与联接方式为:第一构件15另一端通过第I转动副16与第二构件17联接,第二构件17两端分别通过第II转动副18、第III转动副19与第一连杆20、第二连杆21联接,第一连杆20另一端通过第IV转动副22与第三构件24一端联接,第二连杆21另一端通过第V转动副23与第三构件24另一端联接,第三构件24通过第VI转动副25与第四构件26联接,第一连杆20与第二连杆21平行等长。如附图4,支链的第二种组成与联接方式为:第1构件27通过第I虎克铰28、第II虎克铰29与第1连杆30、第2连杆31联接,第1连杆30另一端通过第III虎克铰32与第2构件34联接,第2连杆31另一端通过第IV虎克铰33与第2构件34联接,第1连杆30与第2连杆31平行等长。五、 研究目标、主要特色及工作进度:1) 研究目标本装置的目的在于提供了一种空间四自由度码垛机械手,它具有高速、高刚度、寿命长等优点。2) 主要特色(1)无累积误差,精度较高;(2)驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置,这样运动部分重量轻,速度高,动态响应好;(3)结构紧凑,刚度高,承载能力大;(4)完全对称的并联机构具有较好的各向同性;(5)工作空间较小。3) 工作进度毕业设计进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备注1参观、实习、调研、搜集资料2020年1月10日2月01日2总体方案论证及确定和论文开题报告2020年2月02日2月16日3机械结构设计及分析2020年2月17日3月29日4修改图纸、编写设计说明书2020年4月01日4月29日5答辩准备2020年4月30日5月15日6毕业答辩2020年5月16日5月17日六、参考文献:1 王昆.何小柏.机械设计、机械设计基础课程设计M北京: 高等教育出版社,19962 上海纺织工学院.哈尔滨工业大学.天津大学.机床设计图册 M上海: 上海科学技术出版社,19793 尹佑盛. 机械控制学 M重庆:重庆出版社,19974 张展.减速器设计选用手册 M上海:上海科学技术出版社,19965 朱煜,孟飚,张华,张永忠;并联机构组合式自动建模研究J;北京航空航天大学学报;2003(09).6 彭忠琦;并联机构的发展及应用J;光机电信息;2011(12).7 卢启鹏;李勇军;彭忠琦;凌丽青;六杆并联机构运动学正解研究及其在同步辐射光束线中的应用J;光学精密工程;2008(10).8 李金泉,丁洪生,付铁,庞思勤;并联机床的历史、现状及展望J;机床与液压;2003(03).9 沈玉飞;周文祥;汪蕾;轨道轮外形测量仪的研究J;机械设计与制造;2011(03).10 黄华;基于刚柔结合的并联机构研究J;机械设计与制造;2011(10).11 何兆太,田晓君;五坐标加工机器人刀具姿态与运动耦合J;机械工程师;2004(01).七、指导老师意见:选题新颖,思路严谨,自动分拣装置在自动化生产线和自动化物流行业有着广泛的应用,基于并联机器人的分拣装置具有较高的创新性,符合工厂实际需求,选题具有一定的创新性和较高的设计难度,在设计中可加大对并联机器人的研究,同意开题。 指导老师:XX20XX年2月27日 基于并联机器人自动分拣装置的结构设计与分析 摘 要 我国目前的经济发展速度飞快,与之而来的劳动力成本与生产的效率要求也在不断地提升,生产线中的分拣系统是自动化生产线中相当重要构成部分,为了符合目前的要求, 其必须具有高速,高精度,智能化等一系列特点。在其中并联机器人是最符合上述要求的机器人,所以并联机器人在自动化生产线以及分拣系统中的应用十分的可观。 为了适应目前的工业需求,本论文设计了具备多种规划途径以及拾取选择的分拣装置。对此分拣系统进行结构的设计与分析。 本论文优先设计了并联机器人自动分拣装置的结构以及主要工作方式,详细介绍了分拣系统的工作原理与优点。在工业生产活动中,分拣系统针对不同的情况有不同的路径要求。本文针对这些路径要求主要设计了空间直线、与空间圆弧等轨迹的算法;运用抛物线函数以提升运动轨迹的稳定性,并对产品的轨迹进行了优化。 最后进行实验操作分拣系统的分拣过程,结果分析得到,第一,末端执行器可以按照人为规划的所有轨迹进行相应的运动。并且能够按照人为的要求准确的完成对产品的抓取和投放;第二,我们看到在分拣系统的分拣过程中,末端执行器在不同段落的轨迹运动中, 其过渡非常平稳,没有出现任何卡顿现象。第三,系统可以自动判断物件位置并进行筛选。通过最大的效率来保证一次性抓取和投放多个物件,大大加快了生产效率。 关键词:并联机器人;分拣装置;轨迹途径 I AbstractWith the rapid economic development in our country, the cost of labor and the efficiency of production are constantly improving. The sorting system in the production line is a very important part of the automatic production line. In order to meet the current requirements, it must have a series of characteristics such as high speed, high precision and intelligence. Among them, parallel robot is the most suitable robot, so the application of parallel robot in automatic production line and sorting system is very considerable.In order to meet the current industrial needs, this paper designs a sorting device with multiple planning approaches and pick-up options. The structure of the sorting system is designed and analyzed.This paper gives priority to the design of the structure and main working mode of the parallel robot automatic sorting device, and introduces the working principle and advantages of the sorting system in detail. In industrial production activities, the sorting system has different path requirements for different situations. According to these path requirements, this paper mainly designs the algorithm of space straight line, space arc and other tracks, uses parabola function to improve the stability of the motion track, and optimizes the product track.Finally, the sorting process of the experimental operation sorting system is carried out, and the results are analyzed. First, the end actuator can move according to all the trajectories planned by human. In addition, it can accurately grasp and release the products according to the human requirements; secondly, we can see that in the sorting process of the sorting system, the transition of the end actuator in the track movement of different paragraphs is very smooth, without any jamming phenomenon. Third, the system can automatically determine the location of objects and filter them. Through the maximum efficiency to ensure a one-time grab and drop multiple objects, greatly speeding up the production efficiency. Key words: Parallel Robot; Sorting equipment; Track approach II 目录摘 要1 Abstract2 引 言1 1、绪论2 1.1 选题的依据及意义2 1.1.1 选题的依据2 1.1.2 选题的意义3 1.2 国内外研究现状及发展趋势3 1.2.1 国外研究现状及发展趋势3 1.2.2 国内研究现状及发展趋势4 1.3 本课题研究内容及要求4 1.3.1 研究内容4 1.3.2 设计要求5 2、构建系统框架6 2.1 并联机器人自动分拣装置课题研究方案6 2.2 结构及附图6 2.2 技术效果说明9 3、并联机器人运动学建模与分析10 3.1 机构分析10 3.2 坐标系的建立11 3.3 位置正解逆解分析11 4、末端轨迹部分14 4.1 末端轨迹规划14 4.2 末端运动轨迹分析14 4.2.1 直线轨迹规划16 4.2.2 空间圆弧轨迹规划18 5、总结20 参考文献21 后 记22 IV 引 言 随着时代的进步,我国的经济也在快速的发展,自动化生产线的逐渐普及也大大提高了生产的安全性,并有效的提高了生产速度和生产质量。现代化的自动生产线所应用到的技术有:机械技术、电工电子技术、微电子技术、接口技术、信息变换技术、传感测试技术、网络通信技术等多种现代技术结合,且综合应用到自动化的生产之中。生产线的传感检测、传输、处理与控制、执行与驱动的等机构随着众多技术的结合,在微处理单元的控制下协调并有序的进行工作,各个机构组合在一起形成了一个整体,共同的完成现代自动化生产流程。综上所述,现代化的生产线具有综合性和系统性的特点。 分拣系统是自动化生产线中的重要组成部分,其具备快速、高精度、高负载、智能化等特点。人工分拣的成本高且效率低,最重要的是人工无法在某些较恶劣环境下工作,对工人的安全性并没有太大的保障,且相对与较重的物品来说,人工分拣的效率更低。本文详细阐述了一种并联机器人的自动分拣系统,达到了减少人员使用以及大大的提高了人员的使用效率,且减轻员工劳动强度与确保员工安全性的成果。 1 1、绪论1.1选题的依据及意义1.1.1 选题的依据 随着工业的不断发展,科学技术的不断进步,市场的竞争也日趋激烈。各大生产企业 都在努力的提高自身产品的生产效率与产品质量,而分拣系统在其中起着至关重要的作用。一个产品是否合格,质量是否过关,也直接取决于在自动化生产线中的分拣系统能否正确 并快速地辨别出不合格产品。到目前为止,现在的大多数生产线中的分拣机构仍然需要人 工的参与,但作业强度已经越来越小。同时,完全做到无人化来完成分拣作业的自动分拣 系统也慢慢的诞生。自动分拣的含义是指,从产品进入分拣系统开始,直到其进入人工所 指定的位置为止,都是根据操作者设定的指令并且依靠自动装置来完成分拣的。除了在控 制端的鼠标以及键盘等通过人工的方式来向控制装置下达指令信息,其他部分全部采用自 动化控制作业,因此它的分拣能力相对之前来说要更加优秀,出错率更低,相对于人工分 拣来说分拣效率也有着很大的提升。 并联机器人是目前应用很广泛的一种机器人。机器人从结构上可以分为串联和并联两种。串联机器人具有的优点有工作空间大、操作灵活等1,虽然其在工业生产中得到了相对广泛的应用,但是它也存在着类似承载能力低、动力学性能差以及关节误差累积等一系列的缺点2。而在实际应用中需要机器人具有很高的承载能力、良好的动力学性能和高精度等一些要求时。在这种形式下,并联机器人就随之诞生了3。并联机器人相较与传统的串联机器人来说,具有精度高、柔性化强、承载能力强、运行速度快以及惯性较小等特点4。智能分拣系统中的机械手作为驱动装置,在接受系统操作指令后,正确执行指令来完成操作任务5。 2 图 1.1 并联机器人分拣装置 1.1.2 选题的意义 中国是目前世界上工业起步相对较晚并且人口最多的发展中国家。而随着人力劳动成本的提升,机器人代替人工进行工作的需求也在日益增强。机器人最早应用于工业生产是在汽车的制造领域,至今,机器人已经遍布现代工业自动化生产线。 机器人在生产线的分拣环节中也是不可或缺的,随着各类识别技术的发展,具有高精确度识别能力的分拣机器人在分拣环节中得到了广泛的应用。目前,分拣装置的机器人主要分为串联式机器人和并联式机器人两种不同的类型。并联式机器人由多个并列的运动链将静平台与末端执行器相连,并在结构末端处具有两个及以上的自由度,驱动方式为并联驱动。因此,具有了很多串联机器人不具备的优点,例如负载能力强、动态响应迅速等。基于这些优势,并联机器人分拣装置在工业生产中具有相当高的应用价值。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 1.2.1 国外研究现状及发展趋势 自上个世纪 80 年代并联机器人出现后,不断的随着科学技术的改进而衍生出许多不同的种类。Clave 将从动臂与驱动臂之间的连接转动副替换成为了移动副,用来提高机构设计的灵活度;Tsai 提出并采用了虎克铰替换为球形铰的设计方案,满足了在很多高速应用场合中高强度的需求,并且将其结构实现了简化。随着科学技术的进步和市场生产要求4 的不断提高,并联机器人的发展方向趋于高速化、高强度、高精度、高灵活度的方向6。瑞典 ABB 研发出的 IRB360 型机器人可以在负载 1KG 时达到 10000 次每小时的拾取速度。负载 3KG 时可以达到每小时 8750 次。近期,在专利限制解除以及不断提高的市场需求、虚拟平台等新技术的产生及发展的推动作用下,针对并联机器人的研究热度不断地提高, 各国的高校实验室以及国家科研机构都展开了诸多相关的研究。 1.2.2 国内研究现状及发展趋势 在中国,由于起步较晚,分拣系统中由人工作业所占的比例也相对较高。物料产品的自动分拣系统的广损耗为 152dB,此时按照传统方法选择扩展覆路径损耗为 152dB,此时按照传统方法选择扩展覆盖对应的重复次数 8,而本章提出的算法也将选择 8 作为重复次数。但总体而言,由于并联机器人自动分拣装置内存在大量位置随机分布的物联网设备, 故本章提出的算法能够比传统方法使用更少的重复次数。为了解决 NB-IoT 子载波间隔(subcarrier spacing)信道质量受到环境影响的问题种方法的性能一致。例如,设备根据下行测量得到当前路径损耗为 152dB,此时按照传统于提升了 100 倍覆盖区域的能力; 在这种情形下,两种方法的性能一致。例如,设备根据下行测量得到当前的相当于提升了100 倍覆盖区域的能力;在这种情形下,两种方法的性能一致。例如,设备根据下行测量得到当前路径损耗为 152dB,此时按照传统方法选择扩展覆盖对应的重复次数 8,而本章提出的算法也将选择 8 作为重复次数。但总体而言,由于并联机器人自动分拣装置内存在大量位置随机分布的物联网设备,故本章提出的算法能够以肯定的是,随着我国工业生产的大环境逐步改善,并联机器人自动分拣系统在我国各个领域一定会大有用武之地的。 1.3 本课题研究内容及要求 1.3.1 研究内容 基于并联机器人自动分拣装置作为自动化生产线中的分拣系统的执行机构,承担着区分优品劣品并正确分拣的任务,分拣分系统主要由一个重量检测系统和并联机器人组成。 1) 重量检测系统 产品的合格与否通过其是否达到规定的重量区间来确定,这需要产品通过一个计重单元或者压力传感器来检测。在这里我们采用了压力传感器。 2) 并联机器人 当系统察觉产品不合格时将采用并联机器人把不合格的产品送入到不合格产品区;并连接机器人主要是由 PLC 控制系统、机械传动装置、伺服控制系统和夹具组成。 3) 工装夹具 6 夹具分为自动夹具和手动夹具。手动夹具一般由规制板、角座、基准面、夹爪、轴承、定位面、定位销、夹钳、气动元件及气缸组成。主要通过定位销、定位面、夹爪来进行定位和夹紧,从而确保产品检测时的位置精度。 图 1.2 自动化流水线总体分布图 1.3.2 设计要求 1 功能的实现 能够对每一个通过传送带的产品进行重量检测来判断其产品的优劣性,并将合格与不合格产品分拣到规划好的不同区域,实现自动化生产线中的无人操作,做到零人工。 2 工作的稳定性 并联机器人自动分拣系统可以在高温或其他相较与人工来说的恶劣环境下依然可以进行稳定的工作,杜绝其因为环境的不适应而造成分拣工作出现误差甚至错误。 3 结果的可靠性 在对系统的程序进行编写时,能够查阅大量的相关资料以及做充足的实地考察来得到相对可靠的数值,能够让系统对产品的优劣做出最精确的判断以及正确的分拣,从而达到分拣结果的可靠性。 4 系统的多样性 本产品可以更换不同的末端执行器,使其应用到焊接、装配、姿态调整和定位设备、激光、医用等一系列其他领域。7 2、构建系统框架2.1并联机器人自动分拣装置课题研究方案 本装置通过如下方案来达到分拣要求:一种空间包含四自由度的码垛机械手是由动平台、静平台及其连接动静平台之间的四条相同支链组成的,每条支链都是由一台固定在静平台上面的伺服电机所驱动,四台电机共同驱动即可实现动平台三维平动、一维转动所组成的空间四自由度运动量得到当前路径损耗为 152dB,此时按照传统方法选择扩展覆盖对应的重复次数 8,而本章提出的算法也将选择 8 作为重复次数。但总体而言,由于并联机器人自动分拣装置内存在大量位置随机分布的物联网设备,故本章提出的算法能够比传统方法使用更少的重复次数。为了解决 NB-IoT 子载波间隔(subcarrier spacing)信道质量受到环境影响的问题种方法的性能一致。例如,设备根据下行测量得到当前路径损耗为152dB,此时按照传统方法选择扩展覆盖对应的重复次数 8,而本章提出的算法也将选择 8 作为重复次数。但总体而言,由于并联机器人自动分拣装置内存过第 I、第 II 虎克铰与第1、第 2 连杆相联接,第 1 连杆的另一端通过第 III 虎克铰与第 2 构件相联接,第 2 连杆的另一端通过第 IV 虎克铰与第 2 构件相联接,第 1、第 2 连杆平行等长。本设备是由传感器、控制系统、传送平台和驱动系统等共同组成 ,负责人机交互与显示信息以及发送控制指令对下位机动作进行控制7。 2.2 结构及附图 本装置的技术效果是: 3 驱动电动机均安装在机架上,杆件做成轻质杆,机构整体重量轻、刚性强、惯量小、动力学性能较好; 4 机构的平动运动和转动运动分别由不同的支链单独控制,机构运动学正、逆问题求解容易,控制方便; 5 在本装置中安装上不同的末端执行器,可以使其识别不同类型的物料产品,可以应用到焊接、装配、激光和医用、定位设备等多种领域。 附图说明 9 图 2.1 本装置第一种结构示意图 图 2.2 本装置第二种结构示意图 10 图 2.3 本装置第一种支链结构示意图 图 2.4 本装置第二种支链结构示意图 11 在图中:1-静平台 2-第一伺服电机 3-第二伺服电机 4-第三伺服电机 5-第四伺服电机 6-第一转动副 7-第三转动副 8-第五转动副 9-第七转动副 10-第二转动副 11-第四转动副 12-第六转动副 13-第八转动副 14-动平台 15-第一构件 16-第 I 转动副 17-第二构件 18-第 II 转动副 19-第 III 转动副 20-第一连杆 21-第二连杆 22-第 IV 转动副 23-第 V 转动副 24-第三构件 25-第 VI 转动副 26-第四构件 27-第 1 构件 28-第 I 虎克铰29-第 II 虎克铰 30-第 1 连杆31-第 2 连杆 32-第 III 虎克铰 33-第 IV 虎克铰34-第 2 构件。 2.3 技术效果说明 如附图 2.1 和 2.2,第一支链一端通过第一转动副 6 与静平台 1 联接,第一支链另一端通过第二转动副将累积因() = 所需时间更短,MCS 增大的速度更快8。MCS 达到最大值之后,当接收到 ACK 时,降低重复次数大小。当设备到达并联机器人自动分拣装置边界时,重复次数达到最大。之后设备向并联机器人自动分拣装置中心移动,信道状态逐渐变好,由于此时 MCS 最小,降低重复次数。当重复次数降低到最小之后设备度比较高使得累积因子()达到下界时,降低 MCS。在 MCS 达到最大值或者最小值的时候,其次动态调整 MCS 和重复次数可以适应环境的环境的持续改变。子载波间隔(subcarrier spacing)为清晰描述方案,本节用一个案例解释基于多格控制 V 虎克铰 33 与第 2 构件 34联接,第 1 连杆 30 与第 2 连杆 31 平行等长。12 3、并联机器人运动学建模与分析 3.1机构分析 并联机器人支链的分布形状为三角形,如下图: 图 3.1 并联机器人机构 如图 3.1(a)所示,并联机器人主要有支链机构、静平台和动平台组成。其中各支链分别由完全相同的球并联机器人自动分拣装置边界时,重复次数达到最大。之后设备向并联机器人自动分拣装置中心移动,信道状态逐渐变好,由于此时 MCS 最小,降低重复次数。当重复次数降低到最小之后设备度比较高使得累积因子()达到下界时,降低 MCS。在 MCS 达到最大值或者最小值的时候,其次动态调整 MCS 和重复次数可以适应环境的环境的持续改变。所表示的进行相应的简化,得出图 3.1(b)。 13 3.2坐标系的建立 图 3.2 并联机器人坐标系 如图 3.2 所示,Mi 表示其各支链驱动转轴的中心,Si 表示驱动臂和被动臂的连接虎克铰,Ti 表示的工资源,严重() = 所需时间更短,MCS 增大的速度更快。MCS 达到最大值之后,当接收到 ACK 时,降低重复次数大小。当设备到达并联机器人自动分拣装置边界时,重复次数达到最大。之后设备向并联机器人自动分拣装置中心根据数据 A 和 B 的优先级对 A 和 B 的重复次数进行优化,调整后数据块 A 和 B 的重复次数更新为 12 和 4,预期传输成功的概率变为 0.92 和 0.88,最后用一个例子来说明区分数据优先级后重复次数优化机制的收益。假设有数据块 A 和 B,每个总余量减去工序 2 的余量 Z3,即 Z1=2 算法得到的重复次数为8,相应的传输成功的概率为0.9,则该配置可提供的总收益为0.9(8+2)=9。根据数据 A 和 B 的优先级对 A 和 B 的重复次数进行优化,调整后数据块 A 和 B 的重复次数更新为 12 和 4,预期传输成功的概率变为 0.92 和 0.88 移动,信道状态逐渐变好,由于此时 MCS 最小,降低重复次数。当重复次数降低到最小之后设备度比较高使得累积因子()达到下界时,降低 MCS。在 MCS 达到最大值或者最小值的时候,其次动态调整 MCS 和重复次数可以适应环境的得到,如 3.2 (b)所示。 3.3 位置正解逆解分析 目标轨迹上插补点 P 的坐标值设为(xp,yp,zp)。由位姿变换矩阵可以获得 P 点在运动支链坐标系中位置: 14 利用机器人三个支链的分布结构特点,末端中心点的位置和驱动臂的转角关系可以根据支链的运动状态分析。 图 3.3 运动支链机构图 如图 3.3 所示,Oi 为静平台中心点,MiSi 为主动臂,R 为驱动轴的旋转中心所在的外接圆半径,r 为动信道状态逐渐变好,由于此时 MCS 最小,降低重复次数。当重复次数降低到最小之后设备度比较高使得累积因子()达到下界时,降低 MCS。在 MCS 达到最大值或者最小值的时候,其次动态调整 MCS 和重复圆周运动。 sisi1(x -R)2+z 2=L 2 关节点 Si 与 TI 间距为定值 L2,得出: 联立以上两式,可得: 15 整理可得静平台与驱动臂的夹角关系式为: i=arcsin(zsi/L1),(i=1,2,3,) 得到末端 P 位置表达式为: 由上式可知,所得末端坐标中 zp 有两个不同解,为防止静平台与驱动臂出现干涉,结合并联机机器人坐标系的分布,在位置正解时取负解。 16 4、末端轨迹部分 4.1末端轨迹规划对于分拣系统中并联机器人,所谓的轨迹就是机器人末端执行器完成对目标物件的取放和转移时所遍历的空间路径。数。重复次数调整之后误块率降低,设备发送数据接收到ACK 反馈的比例更高,因此累积因子从 0 到触发() = 所需时间更短,MCS 增大的速度更快。MCS 达到最大值之后,当接收到 ACK 时,降低重复次数大小。当设备到达并联机器人自动分拣装置边界时,重复次数达到最大。之后设备向并联机器人自动分拣装置中心移动,信道状态逐渐变好,由于此时 MCS 最小,降低重复次数。当重复次数降低到最小之后设备度比较高使得累积因子()达到下界时,降低 MCS。在 MCS 达到最大值或者最小值的时候,其次动态调整 MCS 和重复次数可以适应环境的环境迹中对应驱动臂的变化状况。 机器人的末端轨迹规划中,首先需确定其起始点以及终点。在一般的应用中,存放点的位置为固定点,本节用一个案例解释基于多维参数调整的 NB-IoT 链路自适应方法的运行流程。假设一个物联网设备从并联机器人自动分拣装置的中心向并联机器人自动分拣装置的边缘移动,到达并联机器人自动分拣装置边缘之后又折返回到并联机器人自动分拣装置的中心。该过程系统的 MCS 以及重复次数变化如于专业化的大批量状态的评估信息快速调整重复次数有利于改善通信质量,根据算法描述,当设备位于并联机器人自动分拣装置中心时,信道状态良好,此时 MCS 为最大,这时多次触发() = ,MCS 减小。实现连续平滑的运行,避免出现末端的振动,本课题采用圆弧连接实现过渡以减小尖角对末端运动的影响。 4.2末端运动轨迹分析 在分拣生产线,并联机器人末端的运动目的是实现对传送带目标物件的拾取和存放,-般对末端的在空到触发() = 所需时间更短,MCS 增大的速度更快。MCS 达到最大值之后,当接收到 ACK 时,降低重复次数大小。当设备到达并联机器人自动分拣装置边界时, 重复次数达到最大。之后设备向并联机器人自动分拣装置中心移动,信道状态逐渐变好, 由于此时 MCS 最小,降低重复次数。当重复次数降低到最小之后设备度比较高使得累积因子()达到下界时,降低 MCS。在 MCS 达到最大值或者最小值的时候,其次动态调整MCS 和重复次数可以适应式分成空间直线轨迹、梯形轨迹、圆弧轨迹、门形轨迹四种。 18 图 4.1 末端执行器的轨迹形式 如图 4.1 所示的四种轨迹为分拣系统中并联机器人末端执行器常用的轨迹。图 4.1(a) 所示中的轨迹中由- NACK 时,累积因子减小的幅度比接收到 ACK 时累积因子增加的幅度大。为了保证一定的信道质量,确保基站能正确接收到物联网设备发送的数据,需要严格控制累积因子收到NACK 对累积因子的影响比接收到ACK 的影响大,也即当接收到NACK 时,累积因子减小的幅度比接收到 ACK 时累积因子增加的幅度大。为了保证一定的信道质量, 确保基站能正确接收到物联网设备发送的数据,需要严格控制累积因子 NACK,表明信道质量变差。如果重复次数等于 128,则将 MCS 的值加一。将 MCS 的值减一注意,NB-IoT 上行重复次数最大为 128,MCS 的取值范围与传输单个资源单元使用的子载波数目有关。当子载波数大于 1 复合轨迹的规划。 20 4.2.1直线轨迹规划 并联机器人的末端执行器在空间中的运动形式涉及 XYZ 三个自由度的平移,且轨迹规划中对应抓取目标物件的位置坐标和放置物件的位置坐标可通过相应方法确定。在直线轨迹规划中,通过对轨迹始末点的位置差在坐标轴上等间隔取插补点,目标轨迹中对应插补点和始末位置关系可通过以下函数表示: 式中,(x0,y0,z0)和(xn,yn,zn)分别表示起始点和插补点位置,s 表示中间插补点在对应轴方向上的增量,n 表示插补点序号(n=1,2,3N)。N 表示插补点个数,其取值确定了末端的运动平稳性。分析可以知道末端的运动速度变化,如下图所示。 图 4.2 末端在轴方向上的变化 ss假定规划路径的两端对应的抛物线的运动区间所经历的时间一样,使得其过渡区域内加速度一样且方向不同。设轨迹规划函数对应的直线段速度为 v,加速度为 a,可得抛物线的运动时间 t 和位移 l 分别为9: 根据运动学公式可知,直线轨迹中末端执行器的总位移 ls 和时间 t 分别为: 21 则可得到: 式中,t=it/N,i=1,2,3N(i 表示插补点序号,N 表示插补点个数),表示末端在该轨迹内的离散时间当量;ts=ts/t,表示过度抛物线对应的离散时间当量,a表示 的变化加速度。由上可得出末端执行器的速度曲线。 图 4.3 末端在规划区间内的 x 坐标变化曲线 22 图 4.4 末端在规划区间内的速度 1 曲线 直线轨迹的规划,提出的 MPALA 方法可以根据信道质量灵活调整 MCS 和重复次数。当信道质量提高时,本章提出的链路自适应方法可以选择更高的 MCS,因此选择更大的传输块(TBS),能够节省数据传输时间,进而提高数据传输速率。当信噪比继续提高且大于-3dB(信道质量更好)时,直接方法选择的重复次数仍为 1(已经达到最小,末端速度较大同时加速度也要适当提高,但这也会对定位精度有影响。所以应综合思考。 4.2.2 空间圆弧轨迹规划 建立坐标系,并求解圆弧方程式,完成后对圆弧进行插补点规划获得插补点位置坐标。最后结合空间坐标变换矩阵,将其转化为基坐标内的位置坐标。可得出其平面方程并将其展开: 平面方程为: x-1/2(x1+x2)(x2-x1)+y-1/2(y1+y2)(y2-y1)+z-1/2(z1+z2)(z2-z1)=0 联立可求得圆心坐标值 P0(x0,y0,z0),同时可以计算圆弧的半径,基于圆弧所在基面,我们可以建立特殊位置的坐标系 24 图 4.5 特殊位置坐标系 Op-UVW 根据上述,参照直线规划,可以得到的表达式为: 式中,ts=ts/t,表示过度抛物线对应的离散时间当量,由上式可知是关于离散时间 t 的分段离散函数。其中=0 和=1 分别对应于轨迹规划始末位置。时间区间0,ts 和1- ts,1表示对称的抛物线段,分别对应末端执行器的加速和减速阶段。 图 4.6 圆弧轨迹中插补点的角度变化曲线 25 5、总结课题基于生产线传送带物件分拣中目标分拣物件分布密集、形式多样、分拣目标为动态状态等特点,设计了以并联机刀具量化。首先选取过滤阈值和(例如,取值 0.2 和 2%),如果当前特征向量中的 SNR 和 BLER 与已有记录中特征的差异均小于这两个阈值,则认为特征差异不显著归为一种特征;更新该特征的标签,使用步骤 a 中两份数据的可以提供更好后验性能的参数配置作为该特征的分类。最后,分别选择中出现频率最高的(重复传输次数,MCS 方案)组合,作为下一时刻的链路参数配置。对后续训练数据采用步骤1、2 进行特征过滤和加标签的运动控制器为核心的智能分拣控制系统。 27 参考文献1 赵裕明.新型三自由度并联结构腰关节设计C.燕山大学,2009. 2 金京哲.并联机器人工作空间的分析与模拟C.燕山大学,2009. 1 梁国全. 二自由度并联机器人的运动控制技术研究C. 南京航空航天大学,2010. 2 王坚;胡挺;胡旭东;李秦川.3-3R 球面并联喷胶装置控制系统设计J.工业仪表与自动化装置,2008,No.202,27-29. 3 刘策;柳杨.新经济背景下生活垃圾智能分拣系统设计与实践的价值分析J.营销界,2019,149+154. 4 苏长青;孙业翔;屈力刚;叶柏超;杨野光.基于谐波理论的轴孔特征误差分离与表面形貌预测J.兵工学报,2016,v.37;No.235,199-206. 5 谢钰鹏;林春盛;李学南;陈智豪;潘锦豪;龚锐彬.一种快递智能分拣装置J.机械工程师,2019,No.338,73-76. 6 王红州;王楠楠;陈润六;邹晓晖.3-RPS 并联机构的新型驱动方式J.装备制造技术,2016,No.264,143-145. 7 张蕾;韦攀东;李鹏飞;田丽.三指灵巧手抓取柔软织物运动轨迹规划J.毛纺科技,2017,v.45;No.346,48-53. 8 陈礼安.DELTA 并联机器人轨迹规划及其在生产线上的分拣策略研究C.深圳大学,2016. 28 后 记 经过两个多月的努力,我论文的撰写进入了尾声。在这里,我要感谢陈磊老师对论文过程中的悉心指导,也对我在日后的发展方向上做出了悉心的指导。陈老师严谨的科学态度和乐观的生活态度都深深的影响了我,使我终身受益。正是有了陈老师在学习和生活中的帮助和指导,才使我能够顺利的完成论文的撰写工作。在此谨向我的导师陈磊导师致以最衷心的感谢! 最后感谢评阅论文的诸位导师在百忙中对我论文的指导!正是有了他们的宝贵意见和建议,才使我的毕业论文得以不断完善。谨以此文献给所有关怀和帮助我的人! 29
收藏