● 摘要
随着物流自动化的发展，自动化仓储设备和自动化生产线配套设备得到广泛的应用，而码垛机器人是其中的典型代表。由于码垛机器人适用范围广、占地空间小、动作灵活性好且成本较低，因此在物流自动化领域得到了日益广泛的应用。本论文是在北京航空航天大学机器人研究所与温州华联包装机械集团合作的“码垛机器人系统设计研究与应用”项目的资助下完成的，主要对码垛机器人的运动学与动力学进行了研究，并对关键部件进行了设计：第一，综合比较了机器人常用机构和构型的优缺点，以码垛机器人的主要性能参数为依据，通过对码垛作业工作流程的分析，确定了码垛机器人的基本构型为四自由度串并混联式圆柱坐标型。第二，首先运用解析法求出了码垛机器人的臂部并联机构的输入和输出的关系表达式，并由此得出了“并联机构的运动解耦”的结论。之后对机器人进行了正、逆运动学分析，并进行了仿真验证。最后通过分析确定了影响机器人工作空间的连杆参数，并据此建立了以“连杆长度之和最短”为目标函数的优化问题的数学模型，对各连杆长度进行了优化，并对优化结果进行了圆整。第三，讨论了码垛机器人臂部并联机构在不考虑杆件质量的情况下的静力学特性，得出了“机构水平方向受力自平衡，竖直方向受力遵循杠杆原理”的结论，并求出了该并联机构的两个驱动力的最大值，为初估电机扭矩提供了依据；对动载荷作用下的小臂进行了强度和刚度设计，并对结果进行了静力学仿真验证。第四，综合分析了码垛机器人腰部的几种结构方案的优缺点，并结合现场试运行的情况确定了腰部的最佳传动结构方案为“RV减速器传动方案”。第五，运用拉格朗日法建立了码垛机器人的动力学方程，并通过动力学仿真分析对其正确性进行了验证。