重载锻造搬运机器人机构及控制系统研究

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近年来,我国在大飞机、轨道交通、大型海洋钻井设备、核电和火电等重大装备领域发展迅猛,对大吨位大尺寸模锻件有较大需求,而我国的大型重载锻造搬运机器人,主要依赖进口,不仅价格昂贵、供货周期长,也使我国大型锻件的制造加工技术受制于人。因此,自主研发重载锻造搬运机器人对我国重大装备制造业的发展有重要意义。  本文对重载锻造搬运机器人在国内外的发展现状进行了阐述,根据锻造中的工作要求设计出了重载锻造搬运机器人的机身结构,其运动主体主要有三组平行四边形机构组成,计算了机器人的自由度,给出了机身的主要尺寸,建立了机器人的三维模型;对现有的几种主要的机器人驱动方式进行了分析,结合机器人的工作环境和负载,确定采用液压驱动形式;采用闭合矢量图的方法建立出了重载锻造搬运机器人的运动学模型,得到了机器人的运动学正解和逆解;基于虚功原理建立出了机器人的动力学模型,求解出了各组液压缸驱动力的解;采用蒙特卡洛法对机器人的工作空间进行了分析;采用三角函数法将机器人夹钳末端的运动轨迹规划为直线运动,通过在 Simulink里建立的运动学和动力学模型对各组液压缸的复合运动情况和受力情况进行了求解分析;采用电液比例方向阀作为控制元件,设计出了重载锻造搬运机器人的水平、提升、行走、夹钳夹紧和夹钳旋转部分的液压系统;以对机器人控制精度影响较大的提升液压系统为研究对象,建立了数学模型,计算出了相关参数,进行了稳定性的分析;建立了提升液压系统的常规 PID和模糊 PID的控制器,建立了 AMESim和 Simulink的联合仿真模型,对常规PID和模糊PID的控制效果进行了对比分析。  通过本文的研究,为重载锻造搬运机器人的研究提供了理论参考,为锻造自动生产线的实现提供了支持。
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