四自由度锻造机械臂设计及仿真研究
发布时间：2021-07-23 22:04
机械臂是工业机器人的重要形式,被广泛地应用在锻造生产这种环境比较恶劣的场所。针对企业特定生产条件,设计了一种锻造专用机械臂,该机械臂可以周期性地完成将加热炉上的锻件搬运到锻造台上的动作,具体研究内容如下:（1）在深入研读国内外工业机器人研究现状的基础上,根据实际工况确定机械臂为四自由度圆柱坐标型。然后对机械臂进行了方案设计,通过受力分析对比了两种手爪方案,对机械臂进行了详细的结构设计,并对动力装置进行了选型计算,最后应用SolidWorks对机械臂进行了三维装配体建模。（2）在软件Adams中建立了机械臂的动力学仿真模型,得到了机械臂末端执行器的轨迹和运动学曲线,验证了机械臂运动的稳定性和灵活性。然后对手爪的两种结构方案进行仿真,得到了两种方案的驱动力仿真结果。最后通过仿真得到了机械臂四个关节的驱动力或驱动力矩,验证了驱动装置理论计算的正确性。（3）首先通过有限元分析软件ANSYS Workbench对机械臂整体进行了稳态热分析,仿真结果表明局部温度过高,根据仿真结果对机械臂的手爪、上臂等结构进行了更改材料、涂抹隔热层等防热处理,保证了机械臂零件正常工作。然后对机械臂进行了五个动作周期...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
959年美国生产的工业机械臂Unimate
青岛大学硕士学位论文3图1.2川崎BX100S工业机器人韩国的工业机器人行业开始于上个世纪末期，十年左右的时间就形成了自己的工业机器人体系，工业机器已经被应用在汽车的生产等工业化生产领域[24]。近年来，韩国为发展其工业机器人技术，相继出台了包括“839”战略计划、“IT839”计划在内的众多发展计划[25]，政府将智能机器人作为其发展的核心技术之一。除了以上国家以外，瑞士ABB工业机器人，德国库卡机器人都是全球知名的工业机器人品牌，德国的工业机器人数量和应用水平仅次于日本。这些公司的产品在全球机器人市场占据着举足轻重的作用[26]。1.2.2国内研究现状我国在1970年左右才开始对工业机器人的研究工作，工业机器人的重要性逐渐增加，我国对工业机器人的重视程度也逐渐加大，我国工业机器人产业不断取得进步，在一些理论研究和应用方面拥有自己独到的地方[27]。在我国科研人员的钻研下，一些技术难题被攻克。以新松机器人为代表的科技公司，和以清华大学为代表的高校涌现出来，如图1.3为新松机器人开发的协作机器人。
青岛大学硕士学位论文4图1.3新松机器人SCR3协作机器人近年来，我国工业机器人领域取得了一系列最新研究成果，浙江大学的吴文杰等人设计了一种210Kg的工业机器人，特点是模块化设计思路，把工业机器人的结构分解成很多不同规格的模块，将这些模块组合起来就能得到不同规格的工业机器人[28]。燕山大学许允斗等人创新性地设计了一种混联工业机器人，该工业机器人拥有五个自由度，在结构设计的过程中，将优化设计的思想穿插其中，最后针对混联工业机器人设计了全新的方法搜索工作空间[29]。西安理工大学的杨世强等人在设计工业机器人过程中采用减重孔设计方案，并通过有限元的方法计算不同方案的应力应变规律，对比不同方案，成功通过这种方法实现了工业机器人质量的减少[30]。东北大学的张进伟尝试利用新型结构件对平面关节机器人进行结构设计，利用三维软件进行建模，对完成的模型进行运动学分析和有限元分析，该机器人的结构得到一定的改善[31]。东北大学的孙龙飞等人提出了一种新型工业机器人，在结构设计的过程中采用平行四边形机构创新设计，机器的负载和刚度均有所改善[32]。哈尔滨工业大学的赵凯等人创新的提出了一种采用中空走线的被动关节和远心机构的腹部微创手术机器人，在设计的过程中对机器人进行了运动学仿真，验证了机器人的稳定性和灵活性[33]。热加工领域的自动化生产近年来成为研究的热点，国内学术界也取得了很多学术成果。大连理工大学的胡平教授团队研发设计了中国第一条热成型批量生产线，在这条生产线中便利用机械臂在加热炉和锻压机之间搬运锻件[34]。机械科学研究总院张振设计了一种热成型机械臂，根据工件的热学和力学性质设计出机械臂末端结构，保证了工件在搬运过程中的可靠性[35]。清华大学的何文?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS的数控磨床砂轮架主轴热特性分析[J]. 范晋伟,贾鑫,齐国超,田斌. 制造技术与机床. 2019(12)
[2]210 kg工业机器人小臂模块化结构设计[J]. 吴文杰. 制造技术与机床. 2019(12)
[3]空间机械臂关节的热设计与热分析[J]. 刘春龙,郭亮,胡日查,张旭升,黄勇,吴清文,史士财. 载人航天. 2019(03)
[4]基于ADAMS和ANSYS工业机器人运动仿真与有限元分析[J]. 徐建飞,范纪华,任亮,方海峰,王琪,吴群彪. 机床与液压. 2018(15)
[5]基于Workbench刀砧的热-结构耦合分析[J]. 张鸿飞,尹华,贾鋆,贾晓亮,姚鹤. 锻压装备与制造技术. 2018(02)
[6]五自由度混联机器人尺度与结构优化设计[J]. 鹿玲,张东胜,许允斗,姚建涛,赵永生. 农业机械学报. 2018(04)
[7]基于ADAMS的四轴冲压搬运机器人的运动学分析及仿真[J]. 袁浩,房炜,张清林,梁伯科,姚亮. 机床与液压. 2018(03)
[8]机械手臂结构设计与性能分析[J]. 孙龙飞,房立金. 农业机械学报. 2017(09)
[9]PLC控制的机械手及应用研究[J]. 钟建元,毛文坡. 山东工业技术. 2017(17)
[10]轻型机械臂的轻量化结构设计优化方法[J]. 杨世强,王蓓蓓. 中国机械工程. 2016(19)
硕士论文
[1]六轴工业机械臂的结构设计与轨迹规划[D]. 李海龙.安徽理工大学 2018
[2]杯杆类锻件挤压成形模具参数化设计系统开发[D]. 李家浩.山东大学 2018
[3]液压驱动机械臂设计及其仿真研究[D]. 侯振忠.长安大学 2017
[4]工业机器人若干关键技术研究[D]. 熊楚良.西南交通大学 2016
[5]面向对象的工业机械手爪设计研究[D]. 吴雪晖.上海交通大学 2016
[6]三自由度苹果采摘机器人机械结构和控制系统设计[D]. 张杰.南京农业大学 2015
[7]四索牵引摄像机器人的动力学建模及仿真[D]. 寇帅伟.西安电子科技大学 2014
[8]超高强钢件热成形自动化上料机械手研究[D]. 张振.机械科学研究总院 2012
[9]多自由度液压臂液压系统的研究与开发[D]. 周保根.合肥工业大学 2012
[10]FWV-6A立式加工中心动静态特性分析及优化设计[D]. 姜衡.华南理工大学 2011
本文编号：3300125
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
959年美国生产的工业机械臂Unimate
青岛大学硕士学位论文3图1.2川崎BX100S工业机器人韩国的工业机器人行业开始于上个世纪末期，十年左右的时间就形成了自己的工业机器人体系，工业机器已经被应用在汽车的生产等工业化生产领域[24]。近年来，韩国为发展其工业机器人技术，相继出台了包括“839”战略计划、“IT839”计划在内的众多发展计划[25]，政府将智能机器人作为其发展的核心技术之一。除了以上国家以外，瑞士ABB工业机器人，德国库卡机器人都是全球知名的工业机器人品牌，德国的工业机器人数量和应用水平仅次于日本。这些公司的产品在全球机器人市场占据着举足轻重的作用[26]。1.2.2国内研究现状我国在1970年左右才开始对工业机器人的研究工作，工业机器人的重要性逐渐增加，我国对工业机器人的重视程度也逐渐加大，我国工业机器人产业不断取得进步，在一些理论研究和应用方面拥有自己独到的地方[27]。在我国科研人员的钻研下，一些技术难题被攻克。以新松机器人为代表的科技公司，和以清华大学为代表的高校涌现出来，如图1.3为新松机器人开发的协作机器人。
青岛大学硕士学位论文4图1.3新松机器人SCR3协作机器人近年来，我国工业机器人领域取得了一系列最新研究成果，浙江大学的吴文杰等人设计了一种210Kg的工业机器人，特点是模块化设计思路，把工业机器人的结构分解成很多不同规格的模块，将这些模块组合起来就能得到不同规格的工业机器人[28]。燕山大学许允斗等人创新性地设计了一种混联工业机器人，该工业机器人拥有五个自由度，在结构设计的过程中，将优化设计的思想穿插其中，最后针对混联工业机器人设计了全新的方法搜索工作空间[29]。西安理工大学的杨世强等人在设计工业机器人过程中采用减重孔设计方案，并通过有限元的方法计算不同方案的应力应变规律，对比不同方案，成功通过这种方法实现了工业机器人质量的减少[30]。东北大学的张进伟尝试利用新型结构件对平面关节机器人进行结构设计，利用三维软件进行建模，对完成的模型进行运动学分析和有限元分析，该机器人的结构得到一定的改善[31]。东北大学的孙龙飞等人提出了一种新型工业机器人，在结构设计的过程中采用平行四边形机构创新设计，机器的负载和刚度均有所改善[32]。哈尔滨工业大学的赵凯等人创新的提出了一种采用中空走线的被动关节和远心机构的腹部微创手术机器人，在设计的过程中对机器人进行了运动学仿真，验证了机器人的稳定性和灵活性[33]。热加工领域的自动化生产近年来成为研究的热点，国内学术界也取得了很多学术成果。大连理工大学的胡平教授团队研发设计了中国第一条热成型批量生产线，在这条生产线中便利用机械臂在加热炉和锻压机之间搬运锻件[34]。机械科学研究总院张振设计了一种热成型机械臂，根据工件的热学和力学性质设计出机械臂末端结构，保证了工件在搬运过程中的可靠性[35]。清华大学的何文?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS的数控磨床砂轮架主轴热特性分析[J]. 范晋伟,贾鑫,齐国超,田斌. 制造技术与机床. 2019(12)
[2]210 kg工业机器人小臂模块化结构设计[J]. 吴文杰. 制造技术与机床. 2019(12)
[3]空间机械臂关节的热设计与热分析[J]. 刘春龙,郭亮,胡日查,张旭升,黄勇,吴清文,史士财. 载人航天. 2019(03)
[4]基于ADAMS和ANSYS工业机器人运动仿真与有限元分析[J]. 徐建飞,范纪华,任亮,方海峰,王琪,吴群彪. 机床与液压. 2018(15)
[5]基于Workbench刀砧的热-结构耦合分析[J]. 张鸿飞,尹华,贾鋆,贾晓亮,姚鹤. 锻压装备与制造技术. 2018(02)
[6]五自由度混联机器人尺度与结构优化设计[J]. 鹿玲,张东胜,许允斗,姚建涛,赵永生. 农业机械学报. 2018(04)
[7]基于ADAMS的四轴冲压搬运机器人的运动学分析及仿真[J]. 袁浩,房炜,张清林,梁伯科,姚亮. 机床与液压. 2018(03)
[8]机械手臂结构设计与性能分析[J]. 孙龙飞,房立金. 农业机械学报. 2017(09)
[9]PLC控制的机械手及应用研究[J]. 钟建元,毛文坡. 山东工业技术. 2017(17)
[10]轻型机械臂的轻量化结构设计优化方法[J]. 杨世强,王蓓蓓. 中国机械工程. 2016(19)
硕士论文
[1]六轴工业机械臂的结构设计与轨迹规划[D]. 李海龙.安徽理工大学 2018
[2]杯杆类锻件挤压成形模具参数化设计系统开发[D]. 李家浩.山东大学 2018
[3]液压驱动机械臂设计及其仿真研究[D]. 侯振忠.长安大学 2017
[4]工业机器人若干关键技术研究[D]. 熊楚良.西南交通大学 2016
[5]面向对象的工业机械手爪设计研究[D]. 吴雪晖.上海交通大学 2016
[6]三自由度苹果采摘机器人机械结构和控制系统设计[D]. 张杰.南京农业大学 2015
[7]四索牵引摄像机器人的动力学建模及仿真[D]. 寇帅伟.西安电子科技大学 2014
[8]超高强钢件热成形自动化上料机械手研究[D]. 张振.机械科学研究总院 2012
[9]多自由度液压臂液压系统的研究与开发[D]. 周保根.合肥工业大学 2012
[10]FWV-6A立式加工中心动静态特性分析及优化设计[D]. 姜衡.华南理工大学 2011
本文编号：3300125
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