马鞍型焊缝焊接机器人机构设计与仿真

发布时间：2017-08-06 22:16

  本文关键词：马鞍型焊缝焊接机器人机构设计与仿真

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【摘要】：压力容器广泛应用于工业、石油化工、医疗、建筑、农业等生产中,为国民经济发展做出了不可替代的贡献。马鞍型焊缝是压力容器焊接中常见焊缝形式,当前对该类焊缝焊接主要由人工完成,人工焊接工作坏境恶劣、效率低、难以保证焊接质量,所以迫切需要研制该类焊缝的焊机机器人。本文分析了国内外马鞍型焊缝焊接机器人研究现状,建立了马鞍型焊缝、焊缝倾角和焊缝转角的数学模型,通过坐标变换得到焊枪工作角和行走角的数学方程,为机器人结构设计和控制提供理论依据。通过分析马鞍型焊缝、焊缝倾角和焊缝转角的数学模型得出设计要求,提出了多种能够完成该类焊缝焊接的机构方案,最终选定二自由度手腕圆柱式坐标机构,该机构为五自由度串联机构。采用D-H坐标法对该机构方案运动学正、逆解进行求解,求得该机构方案运动参数。根据设计要求对机构方案进行结构设计,设计了一种二自由度定心手腕,该手腕采用圆心重合的两段弧形齿轮结构调节焊枪工作角和行走角,实现了机器人的解耦控制,降低了控制难度。利用ADAMS软件建立马鞍型焊缝焊接机器人的虚拟样机进行运动学分析,得到机器人焊枪末端的运动轨迹,并与焊缝实际轨迹进行对比,仿真结果表明该机器人焊接误差在允许范围内,满足设计要求。
【关键词】：马鞍型焊缝 焊接机器人 二自由度定心手腕 解耦
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 引言7-19
• 1.1 课题来源7
• 1.2 课题的研究背景及意义7-8
• 1.3 压力容器接管焊接的发展概述8-14
• 1.3.1 压力容器焊接简述8-10
• 1.3.2 压力容器接管焊接技术现状10-14
• 1.4 马鞍型焊缝焊接机器人的发展概况14-18
• 1.5 要研究内容18-19
• 第二章 马鞍型焊缝相关方程与机器人机构设计19-40
• 2.1 马鞍型焊缝相关模型19-27
• 2.1.1 马鞍型焊缝相贯线模型19-21
• 2.1.2 马鞍型焊缝相贯线位姿模型21-24
• 2.1.3 焊枪姿态方程24-26
• 2.1.4 焊接速度方程26-27
• 2.2 马鞍型焊缝焊接机器人机构设计27-39
• 2.2.1 机器人的类型27-32
• 2.2.2 马鞍型焊缝焊接机器人机构方案32-35
• 2.2.3 马鞍型焊缝焊接机器人机构尺寸综合35-39
• 2.3 本章小结39-40
• 第三章 焊接机器人的运动学模型40-50
• 3.1 机器人运动学分析基本方法40-45
• 3.1.1 刚体的位姿描述40-42
• 3.1.2 齐次坐标变换42-43
• 3.1.3 D-H坐标变换矩阵43-45
• 3.2 运动学分析45-49
• 3.2.1 机器人D-H参数和D-H坐标系的建立45-46
• 3.2.2 运动学正问题求解46-48
• 3.2.3 运动学逆问题求解48-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 马鞍型焊缝焊接机器人结构设计与三维建模50-61
• 4.1 总体结构设计50-56
• 4.1.1 传动方案确定50-51
• 4.1.2 驱动方式的确定51-55
• 4.1.3 总体结构设计注意事项55-56
• 4.2 卡紧机构结构设计56-57
• 4.3 十字移动机构结构设计57-58
• 4.4 手腕结构设计58-60
• 4.5 机器人的总装配体60
• 4.6 本章小结60-61
• 第五章 机器人虚拟样机的仿真分析61-70
• 5.1 虚拟样机技术及其分析61-63
• 5.2 运动仿真分析63-68
• 5.2.1 模型简化63
• 5.2.2 虚拟样机的建立63-64
• 5.2.3 定义约束与驱动64-66
• 5.2.4 仿真模型检验66
• 5.2.5 焊接机器人的运动仿真66-68
• 5.3 仿真分析68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 本文总结70-71
• 6.2 工作展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-75

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本文编号：631694