焊接机器人若干优化技术研究

发布时间：2017-09-17 13:15

  本文关键词：焊接机器人若干优化技术研究

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【摘要】：焊接机器人应用于汽车及其零部件制造、工程机械等焊接的作业中。随着焊接机器人的不断创新其应用也越来越广泛。焊接机器人为焊接生产的自动化、智能化提供了可能性。同时对焊接机器人的要求与需求也越来越高,机器人不仅需要轻量化设计,更需要一些智能算法对其进行优化。焊接机器人由机器人本体结构和焊接设备两部分组成。本文主要针对焊接机器人本体结构进行优化研究。机器人平衡方式一般有附加配重、弹簧、气缸和机械阻尼等。弹簧平衡缸机构简单,平衡效果好,而且对机器人的运动还有一定的缓冲作用。为了解决焊接机器人不平衡力矩的波动性,针对机器人弹簧平衡缸的参数变化对工业机器人的不平衡力矩的影响,对其参数进行了相关的实验与测试,基于多目标优化算法对平衡缸进行优化研究。并通过165kg焊接机器人优化平台,检验其优化结果的合理性,得出对焊接机器人平衡缸系统优化的新思想。运用多目标优化算法,不仅使机器人最大力矩减小,而且其力矩波动性减小,对机器人的结构和静态特性有了提高。小臂是焊接机器人的重要组成部件,小臂性能的提高对末端操作器的空间位置有很大的决定作用。基于焊接机器人静力特性,设计出其小臂基本参数,对小臂进行相应的多目标粒子群优化。粒子群算法设置参数少,容易实现,而且收敛速度快。对机器人小臂进行静力学分析,检验优化后的小臂在优化后的的效果,同时验证了粒子群算法对小臂优化的适用性。大臂连接着底座和小臂,在机器人整体中起着很重要的支撑作用。为了保证大臂的运动稳定性和准确性,在数学模型的基础上建立大臂需要优化的参数,针对大臂负载较大和其结构负载的问题,通过多目标驱动优化程序的多目标优化方法对大臂优化。ANSYS Workbench易用性良好,无需费时编写程序,就能方便地设定优化参数,进行多目标优化。对于复杂的结构很实用。ANSYS Workbench可以把建模分析和优化无缝对接,减少了建模软件和优化软件的交互时间,研发周期减少。通过实际测试分析,得出多目标优化对大臂优化的实用性。在对焊接机器人整体进行静力学和动力学分析的基础上,运用机器人工具箱仿真出焊接机器人三模模型,通过模型界面,直观地观看焊接机器人在各个位置运动状态。在焊接机器人轨迹规划中,对轨迹规划进行仿真,得出各个关节的关节角位移、角速度等数据。通过仿真结果比较焊接机器人在平衡缸、大臂和小臂的优化后,其每个关节角运动特性的变化,从而验证其优化效果对焊接机器人的整体性能的影响效果。得出对焊接机器人平衡缸、大臂和小臂的优化会对整个焊接机器人的性能有所提高。
【关键词】：机器人 MATLAB 优化设计 智能算法
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 课题研究的目的和意义13-14
• 1.1.1 课题研究目的13
• 1.1.2 课题研究意义13-14
• 1.2 焊接机器人的发展现状14-16
• 1.2.1 焊接机器人的发展情况14-15
• 1.2.2 焊接机器人的研究现状15-16
• 1.3 课题来源及主要研究内容16-17
• 1.3.1 课题来源16
• 1.3.2 课题研究内容16-17
• 1.4 本章小结17-19
• 第2章 基于多目标函数的焊接机器人平衡系统优化19-33
• 2.1 前言19
• 2.2 平衡缸数学模型的建立19-21
• 2.3 工业机器人平衡缸优化模型建立21-27
• 2.3.1 设计变量的确定21
• 2.3.2 目标函数的建立21-22
• 2.3.3 平衡缸参数约束条件22-26
• 2.3.4 工业机器人平衡缸优化模型26-27
• 2.4 优化方法及程序设计27-30
• 2.4.1 基于多目标函数的优化方法及程序设计27-29
• 2.4.2 优化系统开发与验证29-30
• 2.5 本章小结30-33
• 第3章 基于粒子群算法的焊接机器人小臂优化33-51
• 3.1 前言33
• 3.2 焊接机器人小臂设计33-34
• 3.2.1 机器人小臂设计要求33
• 3.2.2 小臂材料设计与选择33-34
• 3.3 机器人小臂建模34-38
• 3.4 焊接机器人小臂静力学分析38-41
• 3.4.1 小臂抗弯强度条件计算与分析38-39
• 3.4.2 小臂抗剪强度计算与分析39
• 3.4.3 小臂抗扭刚度计算与分析39-40
• 3.4.4 小臂刚度计算40-41
• 3.5 焊接机器人小臂结构优化模型41-44
• 3.5.1 焊接机器人轻量化设计41-42
• 3.5.2 机器人小臂稳定性设计42-43
• 3.5.3 焊接机器人小臂优化目标函数的建立43-44
• 3.6 基于 165kg焊接机器人小臂优化方法及程序设计44-48
• 3.7 焊接机器人小臂有限元分析与验证48-50
• 3.8 本章小结50-51
• 第4章 基于多目标函数的焊接机器人大臂优化51-66
• 4.1 前言51
• 4.2 大臂有限元分析51-54
• 4.3 机器人大臂数学模型54-55
• 4.4 机器人大臂优化55-62
• 4.4.1 设计变量的确定55
• 4.4.2 目标函数55-57
• 4.4.3 大臂参数的约束条件分析57-61
• 4.4.4 工业机器人大臂多目标优化模型61-62
• 4.5 工业机器人大臂优化算法设计62-63
• 4.6 工业机器人大臂优化结果与验证63-64
• 4.7 本章小结64-66
• 第5章 焊接机器人轨迹规划与运动学仿真66-79
• 5.1 前言66
• 5.2 工业机器人运动学三维建模66-67
• 5.3 焊接机器人正逆运动学模型67-71
• 5.3.1 焊接机器人运动学基础67-69
• 5.3.2 焊接机器人运动学分析69-71
• 5.4 焊接机器人轨迹规划71-73
• 5.4.1 焊接机器人三维模型建立以及轨迹规划的概念71
• 5.4.2 焊接机器人关节轨迹规划71-73
• 5.5 机器人运动学及轨迹仿真73-77
• 5.5.1 用matlab中的机器人工具箱对焊接机器人进行建模73-76
• 5.5.2 焊机器人动力学仿真与优化前后比较76-77
• 5.6 本章小结77-79
• 结论79-81
• 参考文献81-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果86-87
• 致谢87-88

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