长直焊缝铣削机器人设计与研究

发布时间：2017-09-05 20:09

  本文关键词：长直焊缝铣削机器人设计与研究

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【摘要】：铝合金车体主要采用焊接技术制造而成,焊接工作完成后需要对车体的焊缝进行平整化处理。目前铝合金车体焊缝主要是通过人工打磨进行处理的,加工效率低,对工人技术水平要求高,工人劳动强度大。本文针对铝合金车体焊缝的平整化处理设计了一种长直焊缝铣削机器人并对机器人进行了相关研究,该机器人以铣削的加工方式对焊缝进行平整化处理。对机器人的工作任务进行分析,设计了机器人机械本体的方案,根据所设计的方案对机械本体进行结构设计。利用CATIA创建机械本体零部件的三维实体模型,通过CATIA的装配模块对机械本体进行虚拟装配并进行了干涉检验。利用ANSYS对滚子支架部件等关键零部件进行静力学分析,并对焊接机架进行了模态分析。介绍了机器人的工作原理,机器人的运动是由采用差速转向的移动小车提供的,对机器人的移动小车和铣削工具系统的运动及运动特性进行分析,分析了移动小车在机器人工作过程中的位姿并分析了移动小车的运动条件。根据铣削工具系统的运动特性及移动小车的运动条件,确定了移动小车的运动控制方案及运动控制流程,并确定了移动小车的运动参数。分析了机器人控制系统的功能要求,对控制系统的方案进行了设计,所设计的控制系统以PLC为控制器,以人机界面为上位机。对控制系统的硬件进行设计,对PLC进行硬件组态并分配了PLC的I/O端口,确定了主要硬件间的接线方案。开发了人机界面的操作界面,对控制系统的自动控制流程和手动控制方案进行设计,介绍了PLC主要控制功能的实现,利用梯形编辑语言(LAD)采用结构化编程方式对PLC程序进行设计并进行了程序仿真,仿真结果表明所设计的PLC程序正确且能实现其预定功能。利用现有设备制作了PLC控制柜,进行了伺服电机速度控制实验,实现了PLC通过模拟量控制伺服电机的转速;进行了关键程序块调试实验,实验结果表明所设计程序块正确且能实现预定功能;通过控制两个伺服电机转速进行了模拟移动小车手动控制实验,实验结果表明手动控制程序设计正确且能实现其预定的控制功能。本文所设计的机器人能够快速可靠地去除铝合金车体上长直焊缝的全部余高,完成焊缝的平整化处理;或者去除焊缝的大部分余高,为后续的焊缝打磨工序提供均匀一致的打磨余量和高质量的待加工表面,减轻了工人的劳动强度,降低了对工人的技术要求。
【关键词】：焊缝铣削 结构设计 差速转向 PLC控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG54;TP242
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题的研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外的研究发展现状13-17
• 1.2.1 焊缝后处理技术13-15
• 1.2.2 轮式移动机器人的差速转向技术15-17
• 1.2.3 PLC控制技术17
• 1.3 本文的研究内容17-20
• 第2章 机器人机械本体设计与分析20-40
• 2.1 机器人工作任务分析20-21
• 2.1.1 加工对象20
• 2.1.2 加工要求20-21
• 2.1.3 加工任务21
• 2.2 机械本体的方案设计21-26
• 2.2.1 机械本体的功能分析21-22
• 2.2.2 机械本体的分解22
• 2.2.3 机械本体执行机构选型22-23
• 2.2.4 机械本体的主要技术参数确定23-25
• 2.2.5 机械本体的总体布局25-26
• 2.3 机械本体的结构设计26-33
• 2.3.1 铣削工具系统的结构设计26-31
• 2.3.2 竖直升降系统的结构设计31
• 2.3.3 移动小车的结构设计31-33
• 2.4 机械本体的虚拟装配33-34
• 2.5 机械结构分析34-38
• 2.5.1 滚子支架部件的静力学分析34-35
• 2.5.2 主要零部件的应力分析35-36
• 2.5.3 焊接机架的模态分析36-38
• 2.6 本章小结38-40
• 第3章 机器人运动控制研究40-54
• 3.1 机器人的工作原理40-41
• 3.2 移动小车的运动分析41-42
• 3.3 铣削工具系统的运动分析42-44
• 3.4 移动小车的工作位姿分析44-47
• 3.4.1 移动小车的理想工作位姿45
• 3.4.2 移动小车的实际工作位姿45-46
• 3.4.3 移动小车的运动条件分析46-47
• 3.5 移动小车运动控制研究47-53
• 3.5.1 移动小车的运动控制方案47-48
• 3.5.2 移动小车的极限位姿确定48-50
• 3.5.3 移动小车的运动控制流程50-52
• 3.5.4 移动小车运动参数确定52-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 机器人控制系统开发54-72
• 4.1 控制系统方案规划54-56
• 4.1.1 控制系统的功能分析54-55
• 4.1.2 控制系统的方案设计55-56
• 4.2 控制系统的硬件设计56-60
• 4.2.1 控制系统的硬件选型56-58
• 4.2.2 PLC硬件组态58-59
• 4.2.3 PLC的I/O端口分配59
• 4.2.4 硬件接线方案设计59-60
• 4.3 人机界面软件界面开发60-62
• 4.3.1 主控界面开发60-61
• 4.3.2 手动控制界面开发61-62
• 4.4 手动控制方案及自动控制流程设计62-64
• 4.4.1 移动小车手动控制方案设计62-63
• 4.4.2 自动控制流程设计63-64
• 4.5 PLC主要控制功能的实现64-69
• 4.5.1 主轴的转速控制64-65
• 4.5.2 驱动轮线速度的控制65-66
• 4.5.3 气缸工作推力的控制66-67
• 4.5.4 激光测距仪的数据采集67-68
• 4.5.5 步进电机位置控制68-69
• 4.6 PLC程序设计与仿真69-71
• 4.6.1 PLC程序设计69-70
• 4.6.2 PLC程序仿真70-71
• 4.7 本章小结71-72
• 第5章 机器人控制系统相关实验72-84
• 5.1 实验设备72-73
• 5.2 伺服电机速度控制实验73-76
• 5.3 关键程序块（FC）的调试实验76-79
• 5.4 模拟移动小车手动控制实验79-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第6章 总结与展望84-86
• 6.1 全文总结84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-92
• 附录92-109
• 附录1 机械本体的虚拟装配92-95
• 附录2 PLCI/O端口分配95-97
• 附录3 控制系统硬件接线图97-98
• 附录4 人机界面访问PLC存储区的地址分配98-99
• 附录5 组织块程序99-104
• 附录6 用户功能程序104-105
• 附录7 手动控制程序105-109
• 作者简介及科研成果109-110
• 致谢110

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