【摘 要】
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针对现有智能挤奶设备种类少、体积大、灵活度低、移动不便等缺陷,本文设计出一种新型轨道式挤奶机器人。在串联机械臂的基础上,设计了具有五自由度的并联调姿机构,不仅增加了机械手的运动自由度,能满足奶牛在不同站姿下的奶杯套组定位要求。首先,基于TRIZ创新理论,建立挤奶机械设备的物场分析模型和问题解决模型。基于机器人拓扑结构理论对其进行结构创新,设计出轨道式挤奶机器人主体结构。相较于国外一体式挤奶机器人的
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针对现有智能挤奶设备种类少、体积大、灵活度低、移动不便等缺陷,本文设计出一种新型轨道式挤奶机器人。在串联机械臂的基础上,设计了具有五自由度的并联调姿机构,不仅增加了机械手的运动自由度,能满足奶牛在不同站姿下的奶杯套组定位要求。首先,基于TRIZ创新理论,建立挤奶机械设备的物场分析模型和问题解决模型。基于机器人拓扑结构理论对其进行结构创新,设计出轨道式挤奶机器人主体结构。相较于国外一体式挤奶机器人的结构,轨道式挤奶机器人移动速度快,灵活度高,结构简单,维修方便。其次,对瞬时五自由度3-UPU并联调姿机构采用拓扑机构理论分析,并对其进行正逆运动学理论公式推导,得出机构的正解与逆解。通过ADAMS进行动力学仿真,得出并联调姿机构的运动变化与理论推导一致。运用MATLAB对其工作空间搜索求解,得出并联调姿机构的有效工作空间,验证机构设计合理性。然后,基于有限单元法对挤奶机器人关键部件进行有限元分析。用瞬态动力学模块对关键传动组件进行仿真,用静力学分析模块和模态分析模块对并联调姿机构进行仿真。依据仿真结果验证了传动构件、并联调姿机构材料选择的合理性、模型设计的正确性,为后期样机的制作提供了参考和依据。最后,运用ADAMS对挤奶机器人进行动力学仿真分析,运用MATLAB绘制出挤奶机器人运动空间轨迹。对各个动作阶段进行速度与加速度分析可知挤奶机器人机械臂完成大幅度位置姿态调整过程中运行平稳,无较大的振动情况发生。通过力与力矩变化数值对气缸进行选型,完成设计要求。运用SIMPACK对轨道进行多体动力学仿真,建立轨道刚柔耦合模型,得到轨道振动特性分析结果。结果表明,挤奶机器人在正常运动工况下不会发生共振。计算出柔性轨道垂向位移,验证出整体机构运动平稳。图[58]表[8]参考文献[87]
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