摘要
目前，我国定制式木工家具制造行业发展趋势迅猛，在国际家具市场地位日益提升，但相应的生产配套设备不完善，无法满足当前的市场发展需求。针对我国木工家具行业自动化程度低，在各个生产环节主要依靠人力进行的问题，以提高生产效率，解放劳动力为目的，对高速重载堆垛机器人进行研究。本文采用机构设计、理论分析、仿真模拟和实验验证相结合的方法，系统地开展高速重载堆垛机器人结构设计及其力学特性等关键问题的研究，大大提高木门搬运堆垛环节的效率。 根据木门加工制造的工作流程、木门堆垛要求、产线布置情况及现场调研，提出堆垛机器人技术指标，分析多种构型方案及驱动机构，最终确定总体设计方案；对堆垛机器人各零部件进行结构及尺寸设计，对设计好的整机结构进行稳定性分析；基于最大运行速度和最大负载能力指标进行传动系统的计算选型。 基于运动学分析数理基础，利用改进型DH法建立已确定的堆垛机器人本体结构的运动学模型，求得堆垛机器人末端相对于基坐标系的齐次变换矩阵并验证其正确性；利用BP神经网络求得堆垛机器人的运动学逆解，并将预测值与真实值对比分析，证明BP神经网络求解运动学逆解的可靠性；利用几何法和蒙特卡洛法进行工作空间仿真，得到堆垛机器人在三维空间内所有能够达到的位置以及无法到达的区域；利用矢量积法求解出堆垛机器人的雅可比矩阵，对其奇异位形展开分类讨论。 利用Adams建立堆垛机器人刚柔耦合虚拟样机，进行动力学仿真。探究不同工况下的动态响应以及极限工况下各关节的动态力变化；分析柔性大臂的引入对机器人末端位移的影响；基于动力学仿真结果和达朗贝尔原理，进行各关键部件的刚强度校核；对关键部件大臂进行疲劳分析，通过ANSYSncodeDesignlife对其进行疲劳寿命预测；利用ANSYSWorkbench对大臂进行模态分析和谐响应分析，获取其动态特性。 基于前文有限元静力学分析及模态分析结果，对大臂和小臂进行结构改进；对改进后的堆垛机器人各零部件进行制造加工，并以大臂为例进行加工工艺分析；对加工好的零部件及外购件进行装配，得到所设计的堆垛机器人样机，并进行运动测试；设计应力应变实验方案，在堆垛机器人样机上进行臂部受力测试实验。
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