减速器支承座自动加工运料机械臂优化及其监控系统设计

发布时间：2020-08-26 10:33

【摘要】：行星齿轮减速器凭借其结构紧凑、效率高、承载能力强等优点被广泛应用于各个工业领域。左支承座作为减速器外壳的一部分,需要经历多道工序加工。由于工件尺寸大、加工时间长,工件上下料需要占用天车,加工过程中需要工人长时间驻守。为了降低生产成本,提高劳动效率,制造厂家对应用专用运料机械臂具有迫切需求。首先,为了提高运料机械臂的动态性能,对其原有结构进行了优化设计。利用拉格朗日方程建立了机械臂的运动微分方程,明确了影响固有频率的主要因素。以机械臂伸缩臂的尺寸作为优化变量,在ANSYS Workbench中完成了尺寸优化计算。并用ANSYS软件对优化后的运料机械臂进行了仿真分析,验证了结构优化的有效性。然后,设计了基于PLC的运料机械臂控制系统和基于Kingview的上位机监控系统。通过对控制系统的功能需求进行分析,搭建了控制系统硬件部分。设计了系统供电电路、PLC接线电路和伺服电机驱动器接线电路。分析了机械臂的工作流程,制作了程序框图,并编写了PLC控制程序,对关键程序的原理进行了阐述。另外,利用Kingview设计了运料机械臂的监控系统,包含信息记录、监控面板和动态监控三大功能,可以实现信息的录入查询、机械臂及其关联设备的操作和状态监视以及整个运料系统的图形监控。最后,研制了运料机械臂的小型样机,模拟机械臂的实际工作环境进行布置,并利用样机完成了运料实验,验证了控制系统和监控系统的可行性和可靠性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.46
【图文】：

支承座,减速器,实物

一体化集成控制技术、理论之间的相互综合[2]。近年来国家经动化进程的推进，中央政府相继出台的“十二五”发展规划、显示了对机械臂技术的重视，国外机械臂企业也很看好中国投资近 100 亿日元在江苏苏州建厂[3]，德国 KUKA 公司接受了将积极拓展中国市场，再加上我国在 2016 年每万名工人拥有的，低于全球水平的 74 台，更远低于欧、美、日等发达国家的巨大，可以预见国内的机械臂技术将会迎来一波发展高潮。因运料机械臂技术的研究，正是迎合时代背景具有实际意义的课齿轮减速器被广泛用于各种工业运输领域，它的最大特点是可的条件下实现大功率传动[5]。行星齿轮减速器的制造精度要求为减速器外壳的一部分，所有表面都要求进行车削加工，工序工时间长，而且工件的尺寸、质量大，导致上下料需要占用天在工厂的数控部人员紧张，而采用立式车床加工大端面时又需致工人无法离开，可以说目前的生产方式大大的拖慢了车间的支承座的实物如图 1-1 所示。

工业机器人,结构形式

方向直线运动，具有工作节拍短、定位精度高且定位控制容易的优点，不过空间利用率低，灵活性差。圆柱坐标型机器人的构型如图 1-2 b）所示，这种机器人拥有能够旋转的基座，手臂部分则能够完成升降和伸缩的动作，它的优点是结构简单，空间利用率高，不过定位精度随工作空间扩大而降低的缺点限制了它的使用场合。SCARA 型机器人的构型如图 1-2 c）所示，这种机械臂在 x、y方向具备顺应性，在 z方向具备刚性，避障能力略差不过适合用来完成装配工作。球坐标型机器人的构型如图 1-2 d）所示，这种机器人能在水平面内转动和垂直面内摆动，并且手臂能进行伸缩。关节型机器人的构型如图 1-2 e）所示，这种机器人空间利用率高，动作灵活，不过控制方式较复杂。a）直角坐标型机器人 b）圆柱坐标型机器人

流程图,尺寸优化,流程图

名称特点寸优化对机构的尺寸进行优化，不改变结构形状状优化对机构中的几何形状进行优化扑优化对机构的拓扑结构或者部件材料进行优化结构优化计算时，最常用的算法是启发式算法，包括粒子群算经网络法。其中遗传算法是基于自然选择和遗传进化思想的自法[20]，用于结构优化时还存在许多改进版本，如非支配精英排-II)、多目标遗传算法(MOGA)等。赵欣翔[21]在考虑关节柔性的由度浇注机器人的动力学模型，将振动性能、静刚度性能和速标函数用 NSGA-II 完成了优化模型求解。Ghiorghe[22]以轻量据为设计变量，用递归有限元分析确定了 3R 机器人的最优设用遗传算法对三轴机器人的腕关节进行了结构优化，在满足许轻了腕关节的重量。ANSYS Workbench 具备相当成熟的结构SYS Workbench 进行尺寸优化的流程如图 1-3 所示。

【参考文献】