复杂钢节点装配系统的定位算法研究-机械工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University for the Degree of Master Position algorithm study on steel joint assembly system Candidate: Mou Shuai Supervisor: Prof. Chen Zhiping March, 2016 杭州电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权说明 本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发 表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论 文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采 用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（必威体育官网网址论文在解密后遵守此规定） 论文作者签名： 日期： 年 月 日 指导教师签名： 日期： 年 月 日 杭州电子科技大学硕士学位论文 杭州电子科技大学硕士学位论文 摘 要 随着钢结构建筑美学和结构功能要求的不断提高，在钢结构建筑中钢节点变得越来 越复杂，然而传统钢节点制作方式因制作工艺及周期等原因而难以满足高效、可靠、重 复一致地制作复杂钢节点的技术需求，针对此现状提出一种 3P3R 机构的复杂钢节点自 动化装配系统，其中装配定位算法是整个系统的关键，本文针对装配定位算法展开研究， 具体工作内容如下： 结合工程实践提出一种 3P3R 装配定位机构，分析了常用的复杂钢节点型式，选择 应用最广的矩形牛腿口钢节点为研究对象。通过分析该节点组成构件的空间结构，建立 了初始基准面和基准坐标系；根据刚体在空间中的结构联结关系，分别建立了钢节点各 个牛腿口截面数学模型，并分析了该模型应用于圆截面和三角形截面的特殊节点型式。 针对所建立的复杂钢节点数学模型，研究了 3P3R 装配系统的定位算法的位姿解算。 位姿解算分为正运动学和逆运动学解算，正运动学解算中，是在简化模型基础上，利用 D-H 法建立正运动学关系，考虑到该方法存在表达繁琐和难以理解的不足，提出采用相 对坐标系法表达，即建立与全局坐标系对应的一个局部坐标系，通过两者的转换关系建 立运动学关系并解算；逆运动学求解则在正运动学关系式基础上求得解集，根据等式相 互制约关系获得两组逆运动学解。最后，通过一个具体案例计算和 MATLAB 工具箱进 行正逆运动学仿真分析，验证位姿解算的合理性，并根据距离最优条件确定了一组最优 解。在算法层面探讨了间隙误差，提出利用雅可比迭代算法进行位姿补偿来减少误差。 为验证算法，在原有样机的基础上开发了实验平台。硬件部分选择台达 EH3，B2 控制器和 6 个伺服电机；软件部分利用 PLC 和文本显示器编程，具有原点回零和定位 功能。 在该实验平台上进行复杂节点装配实验，结果表明：节点装配定位算法具有较高的 精度，节点误差处于 1.2mm 至 3mm 之间，从而证明定位算法具有一定的可靠性，最后 对工程应用中存在的定位误差进行探讨，分析误差成因和解决措施，为开发自动焊接装 配机提供算法指导。 关键词： 复杂钢节点，3P3R，装配定位，位姿算法，正运动学，逆运动学 I ABSTRACT As the current steel structures become more beautiful and apply to more occasions, the steel joints are also more complex. While the traditional asse mbly with long processing cycle and big assembly errors, is difficult to follow structure development. Then we present a 3P3R system to assemble complex steel joints, where the position algorithm is the core technology. This paper studies the assemble position algo