六轴工业机器人装配系统的能量消耗及动态特性分析毕业论文.doc

六轴工业机器人装配系统的能量消耗及动态特性分析 摘要：本文提出了一种实验研究，以验证一个动态模型的一六轴工业机器人装配系统的一部分，并分析其功耗，以及其动态行为。此外，机器人操作参数（即，负载和速度）的功率消耗和动态行为的影响进行了分析。研究结果表明，仿真和实验结果之间的比较研究，可以用来提高模型的精度，并证明了仿真模型代表的真实系统。仿真和实验结果表明，机器人的操作参数的强烈影响的工业机器人的功耗和动态行为。 关键词：能耗；工业机器人；建模与仿真；验证；动态行为 1、介绍 仿真工具在机电一体化系统中的应用，在许多领域得到了广泛的应用，包括装配系统。这是由于模拟方法的能力来分析复杂的机电一体化系统很容易，在很短的时间内。因此，系统工程师能够设计和优化的机电系统，而不等待，直到实际施工完成[ 1 ]。关于这个方法的主要问题是如何验证其结果，因为大多数的建模工作使用的假设和近似。因此，验证的仿真模型，其结果是强制性的，在几乎每一个工程模拟项目。这项工作是用来确保数字模型下研究[2,3]真实系统的准确表达。一个可信的方法来验证仿真模型的仿真结果与实际测量的数据进行比较。在特殊情况下，当它是不可能获得必要的数据，例如，实验是太贵，太危险，或系统所需的实验还没有存在，验证可以使用其他方法，如通过进行敏感性分析模型和/或比较研究与分析解决方案[ 4 ]。然而，由于分析的机电一体化行为的装配系统组件的实验调查，可以进行验证的仿真模型，其结果是强制性的。 2、能耗分析 最近，分析能源消耗的装配系统组件（例如，工业机器人）已经成为一个主要问题，在制造系统[ 5 ]。这已经发生，因为工业机器人的节能使用有很大的影响，生产成本[ 6 ]。例如，在汽车工业，工业机器人的能源消耗约占生产相的总能量消耗的8%，在生产阶段的7。因此，这项研究的重点是一六轴工业机器人作为装配系统的一部分的能量消耗分析。这种分析是用来预测一个战略，减少能源的使用在制造系统。 2013，几种方法已经提出了减少能源消耗在工业机器人，如优化机器人的路径规划[8-10]，参数优化[ 11 ]和调度机器人操作[12,13]。采用集成控制策略基于摩擦，速度数据的方法，以及机器人轴重力也是由ABB [ 14 ]专利。然而，使用多个模拟方法的几个工况下的能耗分析仍然是罕见的。因此，本研究的目的不仅是为了验证的工业机器人模型，但也分析的有效载荷，加速度和速度的工业机器人的能量消耗的影响。 基于[15,16]，有功功率（P）的机器人的力学方程1中制定的作用。这个公式表明，机器人的有效载荷和速度高度影响机器人的功率消耗是一机器人力矩函数（T），角速度（w），和机电效率（MEC，EL）的驱动器。 如公式2所示，活动能量消耗（WACT）的机器人是有功功率随时间的积分0…转铁蛋白[ 16 ]。利用这些方程，可以计算出工业机器人的功率消耗率。然而，在实际的环境中，许多因素会影响机器人的功率消耗，如摩擦，振动和机电损失17。因此，验证的工业机器人的模型，使用比较研究与实际测量大大提倡比一个分析计算。 在这项研究中，模拟和实验研究都是在小六轴工业机器人的应用，进行mh5l。它是一个5公斤的有效载荷的机器人，这是常用的装配系统的材料处理。这个机器人被用作制造单元的一个组成部分，是一个电子生产设备的一部分（见图1）。制造单元是用于测试电子设备综合测试平台，其中包括一六轴工业机器人与专用夹具，运输系统，在两个平台电路的电子元件测试、功能测试，功能测试模块和热。测试平台的配置如图1所示。 本文概述了三大贡献。第一个贡献是方便的模拟方法，可用于分析的能量消耗和动态特性的工业机器人机械手。这种方法使用一个开源的基于Modelica语言的仿真工具。自从Modelica是非因果的、面向对象的语言，即使是系统工程师的一些控制系统的知识可以用这种方法。二是比较分析，验证了工业机器人的动力学模型。对比分析可用于验证和提高机器人模型精度。这在工程模拟设计工程师工作以来一直使用的假设和简化的模型中是非常重要的。最后的贡献是，这项研究的结果可以被用来作为一个参考选择和优化的工业机器人的操作参数相对于减少机器人的能量消耗。 图1对综合测试平台的配置和机器周期（由供应公司设计） 本文其余部分的结构如下。第3节介绍了六轴工业机器人的建模方法，并给出了详细的实验装置的功率测量。第4节介绍了模拟和实验研究的结果和他们的讨论。在这一节中，一个验证过程中的工业机器人模型和实验和仿真结果进行了比较研究。最后，在第5节给出结论性的讲话。 3、建模与实验装置 3.1建模方法 基于Modelica仿真工具，CATIA系统动态行为建模（DBM）是用于创建一个数字的六轴工业机器人模型。模块化工业机器人模型，开发了存储在Modelica库，它分为多个包，如控制器，