基于工业机器人的铣削工艺系统研究
发布时间：2021-10-29 01:18
在用工成本攀升,制造产业结构调整的背景下,串联六自由度工业机器人以成本低、自动化程度高、柔性好、安装空间小等优势,可作为替换传统机械加工单元的智能化加工设备。相比数控机床,机器人切削加工更易满足多品种、小批量、现场加工等的现代生产要求。由于串联结构特性导致机器人刚度低,影响了机器人的加工质量和稳定性,局限了机器人切削加工的应用范围。为此,本文针对机器人刚度特性展开研究,通过优化机器人铣削过程中的刚度,提升其铣削工艺系统的加工性能。主要研究内容有:以KUKA KR60-3型机器人为研究对象,通过D-H法建立机器人运动学模型,对正、逆运动进行解算和验证。通过矢量积法求解雅克比矩阵,并利用微分算子推导了力和位移的等价坐标变换。对机器人进行刚度建模,采用静载荷试验法辨识了关节刚度系数。通过机器人末端力椭球定义了刚度性能指标,实现对刚度的定量分析。利用单一空间点刚度最优的位姿筛选算法,得到铣削平面内各点的最优铣削位姿及对应的刚度。通过分析工作空间中铣削平面的刚度分布情况,优化了工件的铣削位置和高度。此外发现在一定范围内,机器人末端到原点连线的距离可作为快捷估算机器人刚度的新方法。同时指出进给方向...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1两种铣削工艺系统组成对比图
。德国弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所为克服机器人工作空间的局域性，设计了基于Schleicher自驱动平台的移动机器人加工系统（图1.3），避免加工过程中任务的分隔及重新定位等问题，显著提高了生产效率[14]。不仅在机翼这种大型CFRP结构件的生产装配过程中大量应用机器人，在一些小尺寸的精密零部件加工过程中也有机器人的身影。如A.Burghardt等学者将机器人用于空客A320发动机零部件制造过程中，利用机器人铣削扩散器边缘的毛刺，取代了传统的手工方式，保证了精密加工过程中的可重复性，提高了产品的验收标准[15]。图1.2737襟翼铣钻削平台[13]图1.3移动铣削机器人平台[14]在水电领域，法国Alstom公司与加拿大魁北克水电公司（HQ）通过Scompi机器人对大型水轮机的扇叶进行铣削抛光处理（图1.4），以合理的成本获得了更好的表面光洁度[16]。相类似的是新加坡制造技术研究所（Gintic）通过机器人来进行喷气发动机涡轮叶片的修复工作，设计具有被动柔顺控制及自适应补偿的智能机器人加工系统进行钎焊的去除工作，代替了传统的人工作业，有效的提高质量[17]。此外，在轨道交通领域，通过机器人对轨道车辆门框进行铣削[18]；在船舶制造领域，通过机器人对船舶管道系统中玻璃钢管交叉处相贯线进行铣削[19]，如图1.5所示。不仅在制造业有着广泛的应用，在非传统机械加工领域，如医疗、艺术建造等领域也有着亮眼的表现。随着机器人技术、传感器技术、图像视觉技术的发展，机器人铣削逐渐在骨科外科手术中广泛应用，如整形外科、脑外科、脊椎外科和关节外科等手术过程中[20]，都需要对骨材料切削加工。各国学者针对机器人铣削骨材料做了深入
第1章绪论3产效率成为首要解决的目标，但目前普遍采用的大型龙门加工系统由于成本效益并不利于大规模的扩建，因此，各飞机制造公司将目光投向了工业机器人。美国TriumphAerostructures公司作为商业航空部件的组装基地，针对飞机襟翼设计了基于库卡机器人的钻铣平台（图1.2），取代了未来规划新建的龙门铣自动加工平台，利用西门子840Dsl数控系统通过KUKARobotics提供的运动平台，直接控制机器人，将运动控制与过程控制集成到一个CNC包中，有效的提高了精度和可靠性[13]。德国弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所为克服机器人工作空间的局域性，设计了基于Schleicher自驱动平台的移动机器人加工系统（图1.3），避免加工过程中任务的分隔及重新定位等问题，显著提高了生产效率[14]。不仅在机翼这种大型CFRP结构件的生产装配过程中大量应用机器人，在一些小尺寸的精密零部件加工过程中也有机器人的身影。如A.Burghardt等学者将机器人用于空客A320发动机零部件制造过程中，利用机器人铣削扩散器边缘的毛刺，取代了传统的手工方式，保证了精密加工过程中的可重复性，提高了产品的验收标准[15]。图1.2737襟翼铣钻削平台[13]图1.3移动铣削机器人平台[14]在水电领域，法国Alstom公司与加拿大魁北克水电公司（HQ）通过Scompi机器人对大型水轮机的扇叶进行铣削抛光处理（图1.4），以合理的成本获得了更好的表面光洁度[16]。相类似的是新加坡制造技术研究所（Gintic）通过机器人来进行喷气发动机涡轮叶片的修复工作，设计具有被动柔顺控制及自适应补偿的智能机器人加工系统进行钎焊的去除工作，代替了传统的人工作业，有效的提高质量[17]。此外，在轨道交通领域，通过机器人对轨道车辆门框进行铣削[18]；在船舶制造领域，通过机器人对船舶管道系统中玻璃钢?
【参考文献】：
期刊论文
[1]机器人轻量化材料应用的研究进展[J]. 于成涛,张静旖,吴英彪. 新材料产业. 2019(12)
[2]移动机器人铣削制孔系统基准检测[J]. 王战玺,李树军,赵璐,王靖宇,秦现生. 南京航空航天大学学报. 2019(03)
[3]玻璃钢管道相贯线机器人铣削轨迹规划[J]. 尤波,邹宇,许家忠. 中国机械工程. 2018(24)
[4]一种基于冗余自由度的机器人姿态优化方法[J]. 焦嘉琛,田威,石章虎,邱燕平,孟华林,廖文和,张霖. 航空制造技术. 2018(04)
[5]智能制造——中国制造2025主攻方向[J]. 起重运输机械. 2018(01)
[6]轨道车辆门框焊接和铣削机器人系统自动化生产线的研究与应用[J]. 史旭东,位云成,薛金森. 组合机床与自动化加工技术. 2016(07)
[7]6R工业机器人刚度分析[J]. 张永贵,刘晨荣,刘鹏. 机械设计与制造. 2015(02)
[8]基于旋量理论的RRRP机器人逆运动学分析研究[J]. 李悦,周利坤. 机械科学与技术. 2014(06)
[9]我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J]. 王田苗,陶永. 机械工程学报. 2014(09)
[10]航空航天制造领域工业机器人发展趋势[J]. 冯华山,秦现生,王润孝. 航空制造技术. 2013(19)
博士论文
[1]工业机器人精密制孔系统刚度特性研究[D]. 布音.南京航空航天大学 2017
[2]骨材料切削加工及一种新型刀具研究[D]. 廖志荣.哈尔滨工业大学 2017
[3]六自由度关节型机器人参数标定方法与实验研究[D]. 张晓平.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]自主构建的实验[D]. 赵阳臣.南京艺术学院 2019
[2]工业机器人精镗飞机交点孔的颤振分析与识别[D]. 吴杨宝.浙江大学 2018
[3]搬运装配机器人主动柔顺技术研究与应用软件开发[D]. 吴航.东南大学 2017
[4]铝合金侧墙焊缝磨削作业中工业机器人刚度建模研究[D]. 李骏驰.河北工业大学 2017
[5]面向切向性能增强的机器人制孔加工姿态优化与平滑算法研究[D]. 刘睿智.浙江大学 2017
[6]工业机器人三维柔性加工离线编程技术研究[D]. 赵晓飞.北京石油化工学院 2015
[7]基于D-H参数精确标定的工业机器人关节刚度辨识[D]. 刘本德.天津大学 2014
[8]6R工业机器人刚度建模及其应用研究[D]. 刘文洲.兰州理工大学 2014
[9]提高数控龙门镗铣床镗铣头主轴转位、定位精度的研究[D]. 盛元燕.湖南大学 2014
[10]工业机器人运动学标定及刚度辨识的研究[D]. 戴孝亮.华南理工大学 2013
本文编号：3463684
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1两种铣削工艺系统组成对比图
。德国弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所为克服机器人工作空间的局域性，设计了基于Schleicher自驱动平台的移动机器人加工系统（图1.3），避免加工过程中任务的分隔及重新定位等问题，显著提高了生产效率[14]。不仅在机翼这种大型CFRP结构件的生产装配过程中大量应用机器人，在一些小尺寸的精密零部件加工过程中也有机器人的身影。如A.Burghardt等学者将机器人用于空客A320发动机零部件制造过程中，利用机器人铣削扩散器边缘的毛刺，取代了传统的手工方式，保证了精密加工过程中的可重复性，提高了产品的验收标准[15]。图1.2737襟翼铣钻削平台[13]图1.3移动铣削机器人平台[14]在水电领域，法国Alstom公司与加拿大魁北克水电公司（HQ）通过Scompi机器人对大型水轮机的扇叶进行铣削抛光处理（图1.4），以合理的成本获得了更好的表面光洁度[16]。相类似的是新加坡制造技术研究所（Gintic）通过机器人来进行喷气发动机涡轮叶片的修复工作，设计具有被动柔顺控制及自适应补偿的智能机器人加工系统进行钎焊的去除工作，代替了传统的人工作业，有效的提高质量[17]。此外，在轨道交通领域，通过机器人对轨道车辆门框进行铣削[18]；在船舶制造领域，通过机器人对船舶管道系统中玻璃钢管交叉处相贯线进行铣削[19]，如图1.5所示。不仅在制造业有着广泛的应用，在非传统机械加工领域，如医疗、艺术建造等领域也有着亮眼的表现。随着机器人技术、传感器技术、图像视觉技术的发展，机器人铣削逐渐在骨科外科手术中广泛应用，如整形外科、脑外科、脊椎外科和关节外科等手术过程中[20]，都需要对骨材料切削加工。各国学者针对机器人铣削骨材料做了深入
第1章绪论3产效率成为首要解决的目标，但目前普遍采用的大型龙门加工系统由于成本效益并不利于大规模的扩建，因此，各飞机制造公司将目光投向了工业机器人。美国TriumphAerostructures公司作为商业航空部件的组装基地，针对飞机襟翼设计了基于库卡机器人的钻铣平台（图1.2），取代了未来规划新建的龙门铣自动加工平台，利用西门子840Dsl数控系统通过KUKARobotics提供的运动平台，直接控制机器人，将运动控制与过程控制集成到一个CNC包中，有效的提高了精度和可靠性[13]。德国弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所为克服机器人工作空间的局域性，设计了基于Schleicher自驱动平台的移动机器人加工系统（图1.3），避免加工过程中任务的分隔及重新定位等问题，显著提高了生产效率[14]。不仅在机翼这种大型CFRP结构件的生产装配过程中大量应用机器人，在一些小尺寸的精密零部件加工过程中也有机器人的身影。如A.Burghardt等学者将机器人用于空客A320发动机零部件制造过程中，利用机器人铣削扩散器边缘的毛刺，取代了传统的手工方式，保证了精密加工过程中的可重复性，提高了产品的验收标准[15]。图1.2737襟翼铣钻削平台[13]图1.3移动铣削机器人平台[14]在水电领域，法国Alstom公司与加拿大魁北克水电公司（HQ）通过Scompi机器人对大型水轮机的扇叶进行铣削抛光处理（图1.4），以合理的成本获得了更好的表面光洁度[16]。相类似的是新加坡制造技术研究所（Gintic）通过机器人来进行喷气发动机涡轮叶片的修复工作，设计具有被动柔顺控制及自适应补偿的智能机器人加工系统进行钎焊的去除工作，代替了传统的人工作业，有效的提高质量[17]。此外，在轨道交通领域，通过机器人对轨道车辆门框进行铣削[18]；在船舶制造领域，通过机器人对船舶管道系统中玻璃钢?
【参考文献】：
期刊论文
[1]机器人轻量化材料应用的研究进展[J]. 于成涛,张静旖,吴英彪. 新材料产业. 2019(12)
[2]移动机器人铣削制孔系统基准检测[J]. 王战玺,李树军,赵璐,王靖宇,秦现生. 南京航空航天大学学报. 2019(03)
[3]玻璃钢管道相贯线机器人铣削轨迹规划[J]. 尤波,邹宇,许家忠. 中国机械工程. 2018(24)
[4]一种基于冗余自由度的机器人姿态优化方法[J]. 焦嘉琛,田威,石章虎,邱燕平,孟华林,廖文和,张霖. 航空制造技术. 2018(04)
[5]智能制造——中国制造2025主攻方向[J]. 起重运输机械. 2018(01)
[6]轨道车辆门框焊接和铣削机器人系统自动化生产线的研究与应用[J]. 史旭东,位云成,薛金森. 组合机床与自动化加工技术. 2016(07)
[7]6R工业机器人刚度分析[J]. 张永贵,刘晨荣,刘鹏. 机械设计与制造. 2015(02)
[8]基于旋量理论的RRRP机器人逆运动学分析研究[J]. 李悦,周利坤. 机械科学与技术. 2014(06)
[9]我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J]. 王田苗,陶永. 机械工程学报. 2014(09)
[10]航空航天制造领域工业机器人发展趋势[J]. 冯华山,秦现生,王润孝. 航空制造技术. 2013(19)
博士论文
[1]工业机器人精密制孔系统刚度特性研究[D]. 布音.南京航空航天大学 2017
[2]骨材料切削加工及一种新型刀具研究[D]. 廖志荣.哈尔滨工业大学 2017
[3]六自由度关节型机器人参数标定方法与实验研究[D]. 张晓平.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]自主构建的实验[D]. 赵阳臣.南京艺术学院 2019
[2]工业机器人精镗飞机交点孔的颤振分析与识别[D]. 吴杨宝.浙江大学 2018
[3]搬运装配机器人主动柔顺技术研究与应用软件开发[D]. 吴航.东南大学 2017
[4]铝合金侧墙焊缝磨削作业中工业机器人刚度建模研究[D]. 李骏驰.河北工业大学 2017
[5]面向切向性能增强的机器人制孔加工姿态优化与平滑算法研究[D]. 刘睿智.浙江大学 2017
[6]工业机器人三维柔性加工离线编程技术研究[D]. 赵晓飞.北京石油化工学院 2015
[7]基于D-H参数精确标定的工业机器人关节刚度辨识[D]. 刘本德.天津大学 2014
[8]6R工业机器人刚度建模及其应用研究[D]. 刘文洲.兰州理工大学 2014
[9]提高数控龙门镗铣床镗铣头主轴转位、定位精度的研究[D]. 盛元燕.湖南大学 2014
[10]工业机器人运动学标定及刚度辨识的研究[D]. 戴孝亮.华南理工大学 2013
本文编号：3463684
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