新型导管搬运机器人的静刚度及动态特性分析
Analysis of Static Stiffness and Dynamic Characteristic of a New Pipe Handling Robot
- 机械传动 2021年45卷第8期 页码：144-150
- 作者机构：
1.沈阳航空航天大学 机电工程学院， 辽宁 沈阳 110136
2.航空工业沈阳飞机工业有限公司 工程技术中心， 辽宁 沈阳 110136
- 作者简介：
孙岩（1980— ），女，辽宁大连人，硕士，讲师；主要从事航空装备制造技术的研究。
- 基金信息：教育部重点实验室开放课题(B201701)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.021
中图分类号：
扫 描 看 全 文
孙岩,李耸,刘香辰.新型导管搬运机器人的静刚度及动态特性分析[J].机械传动,2021,45(08):144-150.
Sun Yan,Li Song,Liu Xiangchen.Analysis of Static Stiffness and Dynamic Characteristic of a New Pipe Handling Robot[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(08):144-150.
孙岩,李耸,刘香辰.新型导管搬运机器人的静刚度及动态特性分析[J].机械传动,2021,45(08):144-150. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.021.
Sun Yan,Li Song,Liu Xiangchen.Analysis of Static Stiffness and Dynamic Characteristic of a New Pipe Handling Robot[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(08):144-150. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.021.
摘要
为提高航空导管的加工效率，配合数控弯管机进行直管弯曲加工工作，设计了一种新型三坐标式导管搬运机器人。该机器人在搬运导管的工作过程中，其静刚度与动态特性是影响工作质量与精度的重要因素。针对该三坐标式搬运机器人的特点，利用旋量理论求解出该机器人的雅可比矩阵；利用有限元仿真软件对其进行静刚度分析，找出机器人工作的极限位姿，并对该机器人位姿进行模态仿真分析；结合静刚度映射理论对其进行静刚度辨识试验并求解出其刚度矩阵，进行了模态试验；试验分析结果与仿真结果进行对比，误差均不超过10%，验证了所建立模型的有效性。从而保证了搬运机器人较高的工作质量与连续性。
Abstract
In order to improve the processing efficiency of aviation conduit， a new type of three coordinate conduit handling robot is designed to cooperate with the CNC pipe bender for straight pipe bending. The static stiffness and dynamic characteristics of the robot are important factors that affect the quality and accuracy of the work. According to the characteristics of the three coordinate type handling robot， the Jacobian matrix of the robot is solved by using the screw theory， the static stiffness of the robot is analyzed by using the finite element simulation software to find out the limit pose of the robot， and the modal simulation analysis of the robot is carried out. Combining with the static stiffness mapping theory， the static stiffness identification test is carried out，and the stiffness matrix is solved， and then the modal test is carried out. Comparing the theoretical analysis results with the simulation results，the error is less than 10%，which proves the effectiveness of the model， and makes the robot maintain high quality and continuity.
关键词
搬运机器人旋量理论静刚度分析模态分析
Keywords
references
杨凤田，李作学，马婧婧，等.通用航空发展研究的热点与演进——基于知识图谱的可视化研究［J］.北京航空航天大学学报（社会科学版），2020，33（3）：92-100.
YANG Fengtian，LI Zuoxue，MA Jingjing，et al.Hot spots and evolution of general aviation development research-visualization research based on knowledge mapping［J］.Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics （Social Science Edition），2020，33（3）：92-100.
PENG R，ZHAO L，TONG J，et al.Application of pre-stressed cutting to aviation alloy：The effect on residual stress and surface roughness［J］.Journal of Manufacturing Processes，2021，62：501-512.
王佳鹏，刘少丽，刘检华，等.数控弯管机多模复合几何加工过程仿真技术［J］.计算机集成制造系统，2018，24（1）：19-33.
WANG Jiapeng，LIU Shaoli，LIU Jianhua，et al.Simulation technology of multi-mode compound geometric machining process of NC pipe bender［J］.Computer Integrated Manufacturing System，2018，24（1）：19-33.
郑昱，广晨汉，李前，等.一种新型物料装填机器人的设计与轨迹优化［J］.兵工学报，2020，41（4）：763-770.
ZHENG Yu，GUANG Chenhan，LI Qian，et al.Design and trajectory optimization of a new material loading robot［J］.Acta Ordnance Engineering Sinica，2020，41（4）：763-770.
LIU S P，MA Z Y，CHEN J L，et al.An improved parameter identification method of redundant manipulator［J］.International Journal of Advanced Robotic Systems，2021，18（2）：172988142110021.
朱伟，郭倩，马致远，等.SCARA并联机构刚度和动力学分析［J］.农业机械学报，2019，50（10）：375-385.
ZHU Wei，GUO Qian，MA Zhiyuan，et al.Stiffness and dynamics analysis of SCARA parallel mechanism［J］.Acta Agriculturae Sinica，2019，50（10）：375-385.
张东胜，许允斗，姚建涛，等.2RPU/UPR+RP五自由度混联机器人静刚度分析［J］.中国机械工程，2018，29（6）：712-719.
ZHANG Dongsheng，XU Yundou，YAO Jiantao，et al.Static stiffness analysis of 2RPU/UPR+RP 5-DOF hybrid robot［J］.China Mechanical Engineering，2018，29（6）：712-719.
王进，王向坤，扶建辉，等.重载机器人横梁结构静动态特性分析与优化［J］.浙江大学学报（工学版），2021，55（1）：124-134.
WANG Jin，WANG Xiangkun，FU Jianhui，et al.Static and dynamic characteristics analysis and optimization of beam structure of heavy haul robot［J］.Journal of Zhejiang University （Engineering Edition），2021，55（1）：124-134.
黄真，赵永生，赵铁石，等.高等空间机构学［M］.北京：高等教育出版社，2006：28-53.
HUANG Zhen，ZHAO Yongsheng，ZHAO Tieshi，et al.Higher spatial institutions［M］.Beijing：Higher Education Press，2006：28-53.
于靖军，刘辛军，丁希仑，等.机器人机构学的数学基础［M］.北京：机械工业出版社，2016：196-220.
YU Jingjun，LIU Xinjun，DING Xilun，et al.Mathematical basis of robot mechanism［M］.Beijing：China Machine Press，2016：196-220.
戴建生.机构学与机器人学的几何基础与旋量代数［M］.北京：高等教育出版社，2014：315-323.
DAI Jiansheng.Geometric basis and screw algebra of mechanism and robotics［M］.Beijing：Higher Education Press，2014：315-323.
许本文，焦群英.机械振动与模态分析基础［M］.北京：机械工业出版社，1998：205-268.
XU Benwen，JIAO Qunying.Fundamentals of mechanical vibration and modal analysis［M］.Beijing：China Machine Press，1998：205-268.
张玉玲，谷勇霞，赵杰亮，等.机械臂臂杆刚度主动控制下的末端振动特性研究［J］.力学学报，2020，52（4）：985-995.
ZHANG Yuling，GU Yongxia，ZHAO Jieliang，et al.Study on end vibration characteristics of manipulator under active stiffness control［J］.Acta Mechanica Sinica，2020，52（4）：985-995.
PEPI C，CAVAIAGLI N，GIOFFRE V，et al.Damage detection via modal analysis of masonry structures using shaking table tests［J］.Earthquake Engineering & Structural Dynamics，2021，50（8）：2077-2097.
雷蕾，肖静，关天民，等.基于HM-ANSYS联合仿真的FA减速机整机模态特性研究［J］.机械传动，2019，43（7）：17-20.
LEI Lei，XIAO Jing，GUAN Tianmin，et al.Research on modal characteristics of FA reducer based on HM-ANSYS co simulation［J］.Journal of Mechanical Transmission，2019，43（7）：17-20.
刘明涛，张福元，李彦启，等.双啮合针齿凸轮分度机构模态分析与试验研究［J］.机械传动，2019，43（4）：129-132.
LIU Mingtao，ZHANG Fuyuan，LI Yanqi，et al.Modal analysis and experimental study of double meshing needle tooth cam indexing mechanism［J］.Journal of Mechanical Transmission，2019，43（4）：129-132.
0
浏览量
3
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 豫ICP备05013835号-5
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies