上甑机器人运动学分析及轨迹研究.pdf

上甑机器人的研究属于机器人技术的一个分支，在工业自动化领域有着重要的应用。上甑机器人主要应用于酿造行业，特别是在白酒生产中，上甑操作是通过人工逐层将酿酒原料撒入甄筒内，该过程工作强度大且环境恶劣。由于上甑操作对白酒的质量和出酒率有直接影响，因此提高上甑操作的自动化程度，可以显著降低人工成本，改善工作条件，同时保证白酒的生产质量。 本文研究的上甑机器人可以分为通用式与旋转式两类。通用式上甑机器人通过多关节机器人及其末端的撒料装置来实现多区域铺料，能够完成整层平铺和探气上甑的工作任务。但通用式上甑机器人在实现不间断均匀铺料和对跑气点快速补料方面存在困难。而旋转式上甑机器人则拥有特殊结构，例如内嵌物料输送腔和布料头等特殊装置，以满足酿酒过程中特殊的铺料需求。 为了实现上甑机器人的精确控制，研究者采用了运动学模型来分析机器人的运动行为。运动学是研究物体运动规律的学科，包括正运动学和逆运动学两方面。正运动学是指给定机器人关节的运动参数，计算机器人末端执行器的位置和姿态，而逆运动学则是已知机器人末端执行器的位置和姿态，求解达到该位置和姿态所需的关节参数。 在本研究中，Denavit-Hartenberg方法被用于建立上甑机器人的正运动学模型。Denavit-Hartenberg方法是一种用于描述机器人关节和连杆关系的数学模型，通过设定一系列的坐标系和变换矩阵来描述机械结构。研究者对传统Denavit-Hartenberg方法进行了改进，以适应上甑机器人的特殊结构，并在此基础上解析了逆解表达式，为后续的运动控制和工作空间仿真提供了依据。 此外，研究者还使用混合曲线法生成上甑机器人的运动轨迹，并分析了关节角度、角速度和加速度的时间历程。通过仿真分析，得出了上甑机器人工作空间的仿真结果，验证了该运动学模型和轨迹生成方法适用于上甑机器人的实际操作。研究结果表明，所设计的上甑机器人模型可以完成平铺整层和探气上甑等任务，其中通用式上甑机器人可以实现连续均匀铺料和快速补料，而旋转式上甑机器人则由于其特殊结构，对物料的输送和铺设有更加精确的控制。 关键词中的“工作空间”指的是机器人能够到达的位置集合。对于上甑机器人来说，工作空间的定义与设计会影响其铺料的均匀性和效率。工作空间的仿真结果能够直观地反映机器人在实际工作中的表现。 本文的研究不仅对上甑机器人的设计和控制提供了理论支持，也为未来自动化酿酒设备的研究和发展提供了宝贵的经验。通过提高上甑操作的自动化水平，可以进一步推动传统酿造行业的现代化进程，提高生产效率，降低成本，提升白酒产品的质量。随着机器人技术和相关学科的不断发展，上甑机器人必将在未来酿造行业中扮演更加重要的角色。