輪式四自由度火車摘鉤機器人系統(tǒng)設計及其誤差分析.pdf

1、我國鐵路編組站經過幾十年的發(fā)展，形成了幾十個擁有新技術裝備的駝峰編組場。然而，由于火車自動摘鉤系統(tǒng)存在諸多技術難點問題，火車摘鉤自動化尚未徹底解決，使得現(xiàn)如今鐵路摘鉤人員工作強度大并存在摘鉤安全隱患。為了解放勞動力、提高工作效率并消除工人操作安全隱患，本文通過對摘鉤過程的分析設計了一種形式新穎的火車自動摘鉤機器人。它可以替代摘鉤人員完成列車的自動摘鉤，填補編組站自動摘鉤領域的空白。
　　首先，在綜合分析國內外技術現(xiàn)狀的基礎上，確定

2、了火車摘鉤機器人的系統(tǒng)方案與結構設計準則。采用模塊化思想提出并設計了一種全新的火車摘鉤機器人本體結構。這里將火車摘鉤機器人的本體結構分為摘鉤機械手模塊、升降模塊、橫移模塊和行走模塊。各執(zhí)行模塊分別由各自的驅動裝置來驅動，最后通過控制系統(tǒng)來控制各驅動裝置以保證各模塊協(xié)調動作來完成對火車車鉤的自動摘取。
　　其次，建立了火車摘鉤機器人的運動學模型，對機器人進行運動學正解與反解計算。分別利用幾何繪圖法與數(shù)值分析法分析了火車摘鉤機器人的操

3、作空間以驗證摘鉤動作的可行性?；谖宕味囗検讲逯捣▽φ^機械手進行了軌跡規(guī)劃，從規(guī)劃的結果可以看出，機械手在運動過程中位置連續(xù)，速度平穩(wěn)且不存在加速度突變。這說明機械手在運動過程中動作平穩(wěn)可靠，不存在振動和沖擊等劇烈運動的情況。之后，在機器人D-H參數(shù)運動學模型的基礎上，基于牛頓-歐拉法建立了機器人的動力學方程，并利用SimMechanics對其進行動力學仿真，求出各關節(jié)的驅動力矩。
　　最后，采用矩陣微分法建立了機器人末端機械手

4、的靜態(tài)位姿誤差模型，對火車摘鉤機器人進行末端機械手運動誤差分析。對由機器人運動學模型中運動變量和結構參數(shù)誤差引起的機器人末端機械手的位姿誤差進行了仿真。從仿真結果可以看出，角度參數(shù)誤差較長度參數(shù)誤差對機器人末端機械手的位姿誤差影響較大。然后又分析了連桿柔性對機器人末端機械手誤差的影響，從結果可以看出，由于機器人的運動特點，連桿的柔性對其誤差的影響比較微弱。最后又探討了多因素影響下的火車摘鉤機器人位姿誤差，通過分析，將各種因素引起的機器人