机器人装配操作过程的分析和建模-机械电子工程专业论文.docx

圭量壅望奎兰堡主堂丝鲨兰 圭量壅望奎兰堡主堂丝鲨兰 一一一—— 机器人装配操作过程的分析和建模 摘要 机器入自动化装配操作是机器入学和现代生产的核心技术之一。装配操作 过程包括三方面的内容：装配操作过程的分车斤与建模、装配操作过程运动规划、 装配搡作过程运动控稍，而装配绦作过稷的分析与建模怒关键，是研究其它二 方面的理论鏊确。通过对装配操作过程酌分析与建穰，哥醣更深入魏理解自动 纯装酝懿本矮，谶可为解决实际生产中静自动纯装配阔蓬提供更好的技术支持。 本文以国家“863”辊器入装鼯系统爨煮实验室(集成平台)N-轿瑗罄为背景，在 全瑟憨结邑鸯磅究成果数基锻上，黠装醚操{乍过程中装配对象戆尼错特性、装 配接然状态、接触力、姨配状态变迁运动、弹性轴手L变形装歉进行了系统、涤 入的分板与建摸，主要内容如下： l，用凸多匿体的边爨元分析和撼述了装配对象蛇几键特性。凡倪特性影响 装配对象之间的匹配关系。本文用二元素几何法描述了一般物体的几何特性， 在此基础上分析了误差情况下各元素的几何特点、几何约束关系等。此外还给 出了6种装配关系对在小步位移(乎动或转动)下的允许运动方向，这为“基于 误差的接触状态预测分析”打下理论基础。本文又对装配对象接触情况下的运 动约束特征进行了分析，概括了装配对象目标状态的儿种匹配关系。 2．几何模型边界元的装配接触状态描述。利用旋量法、虚功理论对机器人 装配过程的点接触、线接触、面接触进行详细的理论分析，褥出点接触烂基本 接触：接触时的允许运动可表示为不等式，f≥0的形式，装配接触具有不等 式约柬的性质。根据点接触是基本接触德出凸多艇体边爨元的三秘基本接皴类 型，剥用Plucker坐标和旋量法描述了三神基本接触类型的性质一接触性与约寒 性。纂于如多面体的边界元给出了三釉基本接触对在运动(平移昶转动)方庭 上的最小值生成方法，该方法可用来判断在下一运动时刻所产生的接触关系对。 又以双轴孔装配接触状态判断、三轴孔装配状态仿真为例，验证了上述分析方 法的可行性。在此基础上，又详细给如了在考虑误差的情况下，基于边界元的 接触状态预测算法。 3．基于旋量的接触力分析与建模。只有当两物体保持接触时，才讨论它的 接触力；而在装配过程中主要遇到的又是多点接触，本文在单点接触分析的基 础上拣导游在空闻维持多点接触酌条件。在魏基础上，基于旋量法，对装配过 程中韵接触力进行建模，乖l嗣静态力平衡式得出了计簿接触力的通甬数擎表达 摘要式。随后以毅轴孔装配为例，首次对其三维闽题进行了详细分析：分析了三维 摘要 式。随后以毅轴孔装配为例，首次对其三维闽题进行了详细分析：分析了三维 双轴孔装配过稷的接触状态，利用旋量法及静态力平衡式推得力、矩比例关系， 最终获得三维双轴孔装配的卡阻图。利用此卡阻图可判断三维空间中，双轴孔 装配运动的连续性、可行性，当施加的力、矩满足一定比例关系时，轴可顺利 滑入孔中，当施加的力、矩落在卡阻图边界之外时，不管施加多大的力、矩， 轴都无法进入孔中。最后又醴三维三轴孔装配为例，计算撩触力的大小和位置， 所举例子说明了本奄分析的正确性、可行幢。 4．单面约策条件下的装配状态变迁运动分析与建模。粮据约柬矩阵、约束 度的概念，给垃|了装配过程中基于装配对象边拜元的各接触状态约束度的舞法， 得戮了6种接继获态静终乘度；并根嚣状态变迁笺杂凌公式分轿谎葫了装配过 程中的软态变迁难器情况。对装配过稳豹约束性遴行了详细分褥，分翻钟对三 释綦本接魅状态涯甥了装配过稷中瘊凳翡约束莛单嚣约束，并分援了在状态交 迂黪射，装配黠象之闺受到渖毒终寒静终遐。根撂嚣装配对象之闼熬最小篷约 索象{孛，褥到了力终月下各状态嚣变他情况及装配对象之阕冬状态润约束条l串 的变化公式。按照运动物体绕蓑由自身三个惯性主鼬构成的动坐撂系辙旋转， 推导出了绕羞三个惯性差皴的角速发表达式，从面使绕羞动坐标系轴的三个广 义坐标对应的广义力为作用在运动物体上的三个力矩，便于作用力与运动量之 间的分析。利用拉格朗日函数及Routh函数，对装配工件在单颟约束下的运动 过程建模，根据动力学模型给出了装配工件在遮动过程中出现点一面接触状态 的条件。根据装配工件在运动过程中出现不同接触状态的条件，可以判断各状 态之间的变迁情况及状态发生变迁的条件。随后又针对三种基本接触状态给出 了它们变迁到所有可能接触状态的条件。最后以三维双轴孔装配为例，结台本 文理论，对箕装配过程进行了分析与建模，并厢实验验证了理论分祈的正确性。 5．弹性轴孔变形装配分析。通过对刚健圆轴孔装配与弹性西轴子L装配的眈 较，说嗡了变形件装配过程的复杂往。本文根蒲“弹髓变形域”的概念，分析 了在装配遗程中影响“弹性变形蠛”酶原爵及与弹往西辐孑L装配的关系。对弹 性辅强避行多次人工装配，提窭“基于入工技术”静装配