坩埚搬运机器人的设计与研究
发布时间：2021-11-29 08:35
伴随着科技的进步与生产力的发展,现代工业技术正在逐渐的改变传统的人工作业方式,转而寻找先进的工业机器人代替人工实现制造业整体的自动化。但工业机器人技术的应用也面临很多难题,不同的工业机器人需要根据现场环境的特点做出相应的改变。本课题针对坩埚搬运生产线设计了一种基于伺服控制的坩埚搬运机器人,属于直角坐标机器人的一种,该类型机器人具有成本低、精度高且稳定性好的优点,能满足现场搬运的空间环境要求,很好的替代了人工搬运,实现了现场搬运生产线的自动化要求。本文研究的主要内容如下:首先,针对车间的生产空间要求和石英坩埚的搬运需求,通过分析不同结构形式的搬运机器人,确定了坩埚搬运机器人的结构形式,对搬运机器人进行了整体结构和关键部件的设计,并建立了坩埚搬运机器人三维模型。通过Ansys软件完成了坩埚搬运机器人关键部件的静力校核以及坩埚搬运机器人在典型工况下的瞬态动力学分析,确保其结构具有足够的机械强度。其次,研究了坩埚搬运机器人的动态特性。使用有限元分析模块Simulation仿真平台对空载和满载状态下的系统进行模态分析,并提取系统前六阶固有振型以及固有频率,分析振型出现后对系统的影响,计算表明坩埚...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各主要行业对工业机器人需求图
硕士学位论文2随着环保能源不断被重视和发展，太阳能作为绿色能源近年来受到世界各国的普遍重视，并且得到了广泛的开发和利用。这使得用于太阳能转换的多晶硅的用量急剧增加，从而促进了多晶硅生产的快速发展[11]。图1-2为石英坩埚及现有生产线，石英陶瓷坩埚是太阳能多晶硅铸锭生产过程中用来装载多晶硅料的容器，熔融石英陶瓷坩埚以其热稳定性好、耐熔体(硅、铝、铜等)侵蚀性和对所加工的制品无污染等特性，被广泛应用于多晶硅生产及有色金属冶炼行业。相应的大尺寸薄壁方形熔融石英陶瓷坩埚的用量也在急剧增大，成为各国长远发展的首选技术,在世界能源结构中的地位日益显著[12-13]。目前，国内外关于石英坩埚的生产情况存在较大的差异，与国外产品生产情况相比，国内坩埚生产主要靠人工和专用机床操作，普遍存在着工业自动化水平低，生产效率低，生产线落后等问题[14]。对于熔炼成型后的石英坩埚毛坯件需要搬运、切割、冲洗、质检等后续处理，目前对石英坩埚的搬运是由人工来完成的，工人通过专门的工具搬运，耗费时间长，生产效率极低。所以企业对于升级生产线的自动化水平有着迫切需求。图1-2石英坩埚以及现有生产线Figure1-2Guartzcrucibleandexistingproductionline本课题针对石英坩埚生产线自动化升级改造，通过设计一种搬运机器人，实现对石英坩埚的自动搬运以及坩埚内废料废水的倾倒功能，实现利用工业机器人提高坩埚生产自动化水平，对提高坩埚生产效率和质量，降低劳动强度，提高企业竞争力，本课题具有重要意义。1.2国内外研究现状及发展趋势（ResearchStatusandDevelopmentTrendatHomeandAbroad）1.2.1搬运机器人的国外研究现状国外具有影响力的机器人公司主要有：日本安川、OTC、松下、FANU川崎及德国的KUKA、CLOOS、瑞?
硕士学位论文4图1-3KR1300TITAPA搬运机器人Figure1-3KR1300TITAPAhandlingrobot1.2.2搬运机器人的国内研究现状自二十世纪八十年代开始，我国自主研发的搬运机器人主要是直角坐标式以及关节式，从最初的小载荷发展到现阶段的大载荷搬运机器人[23]。经过了三十多年的努力追赶，一些国内的工业机器人生产企业和研发机构己经具有了一定的研究实力，开发出了一些具有较高水平的搬运机器人，已广泛应用于铸造、机械加工、锻造、玻璃、汽车等行业[24-25]。图1-4为青岛华东工程机械有限公司研发的国内第一台液压式搬运机器人，此搬运机器人具有完全自主知识产权，载重可达1000kg，技术指标位居国际先进水平，结束了我国髙精度、大吨位全自动锻造生产线只能依赖进口的历史。此外，依托于中科院沈阳自动化所和哈尔滨工业大学等国内著名研究机构作为技术支撑的沈阳新松机器人自动化股份有限公司，已研制出了6kg-300kg多系列搬运机器人及重载荷的桥架式搬运机器人，多项技术指标接近国际先进水平，是我国机器人研究领域的领先者[26]。北京邮电大学的李金泉以及清华大学陈息、杨向东和北京理工大学付铁等人在日本不二机器人的基础上合作开发了负载能力可达50kg的TH50型搬运机器人[27-28]。武汉理工大学的郑绍春、孙超、李慧明、周永清等人结合造船厂型材加工时只能依靠工人操作龙口吊车完成型材上下料的现状，研究设计了应用于型材冷弯机的型材搬运上下料机器人，搬运重量可达600kg，实现了型材的自动化加工。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国工业机器人技术现状与产业化发展战略分析[J]. 赵雪. 科学技术创新. 2019(36)
[2]工业机器人的应用现状及发展[J]. 朴圣艮. 农家参谋. 2019(23)
[3]PLC控制技术在皮带运输机中的应用研究[J]. 徐中俊. 科学技术创新. 2019(33)
[4]搬运机器人及其关键技术分析[J]. 李淼,王艳秋. 湖北农机化. 2019(17)
[5]基于PLC控制的工业机器人系统研究[J]. 林森. 湖北农机化. 2019(09)
[6]工业机器人的应用现状及发展趋势[J]. 曹泓浩. 科技风. 2019(05)
[7]我国工业机器人发展现状与面临的挑战[J]. 苏艳娟,武漫漫. 科技创新导报. 2019(02)
[8]基于PLC控制的工业机器人系统研究[J]. 李晓鹿. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2018(12)
[9]移动式四自由度直角坐标机器人的结构设计与仿真[J]. 文怀兴,岳瑞芳. 装备机械. 2018(03)
[10]浅谈我国工业机器人发展现状及发展前景[J]. 吴珍珍,王东霞. 科技经济导刊. 2018(24)
硕士论文
[1]重载搬运机器人动力学分析与位置控制关键技术研究[D]. 阮益.山东科技大学 2018
[2]直角坐标型喷涂机器人控制系统设计与实现[D]. 孙科苗.杭州电子科技大学 2015
[3]新型工业机器人的设计与研究[D]. 李政.天津大学 2014
本文编号：3526188
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各主要行业对工业机器人需求图
硕士学位论文2随着环保能源不断被重视和发展，太阳能作为绿色能源近年来受到世界各国的普遍重视，并且得到了广泛的开发和利用。这使得用于太阳能转换的多晶硅的用量急剧增加，从而促进了多晶硅生产的快速发展[11]。图1-2为石英坩埚及现有生产线，石英陶瓷坩埚是太阳能多晶硅铸锭生产过程中用来装载多晶硅料的容器，熔融石英陶瓷坩埚以其热稳定性好、耐熔体(硅、铝、铜等)侵蚀性和对所加工的制品无污染等特性，被广泛应用于多晶硅生产及有色金属冶炼行业。相应的大尺寸薄壁方形熔融石英陶瓷坩埚的用量也在急剧增大，成为各国长远发展的首选技术,在世界能源结构中的地位日益显著[12-13]。目前，国内外关于石英坩埚的生产情况存在较大的差异，与国外产品生产情况相比，国内坩埚生产主要靠人工和专用机床操作，普遍存在着工业自动化水平低，生产效率低，生产线落后等问题[14]。对于熔炼成型后的石英坩埚毛坯件需要搬运、切割、冲洗、质检等后续处理，目前对石英坩埚的搬运是由人工来完成的，工人通过专门的工具搬运，耗费时间长，生产效率极低。所以企业对于升级生产线的自动化水平有着迫切需求。图1-2石英坩埚以及现有生产线Figure1-2Guartzcrucibleandexistingproductionline本课题针对石英坩埚生产线自动化升级改造，通过设计一种搬运机器人，实现对石英坩埚的自动搬运以及坩埚内废料废水的倾倒功能，实现利用工业机器人提高坩埚生产自动化水平，对提高坩埚生产效率和质量，降低劳动强度，提高企业竞争力，本课题具有重要意义。1.2国内外研究现状及发展趋势（ResearchStatusandDevelopmentTrendatHomeandAbroad）1.2.1搬运机器人的国外研究现状国外具有影响力的机器人公司主要有：日本安川、OTC、松下、FANU川崎及德国的KUKA、CLOOS、瑞?
硕士学位论文4图1-3KR1300TITAPA搬运机器人Figure1-3KR1300TITAPAhandlingrobot1.2.2搬运机器人的国内研究现状自二十世纪八十年代开始，我国自主研发的搬运机器人主要是直角坐标式以及关节式，从最初的小载荷发展到现阶段的大载荷搬运机器人[23]。经过了三十多年的努力追赶，一些国内的工业机器人生产企业和研发机构己经具有了一定的研究实力，开发出了一些具有较高水平的搬运机器人，已广泛应用于铸造、机械加工、锻造、玻璃、汽车等行业[24-25]。图1-4为青岛华东工程机械有限公司研发的国内第一台液压式搬运机器人，此搬运机器人具有完全自主知识产权，载重可达1000kg，技术指标位居国际先进水平，结束了我国髙精度、大吨位全自动锻造生产线只能依赖进口的历史。此外，依托于中科院沈阳自动化所和哈尔滨工业大学等国内著名研究机构作为技术支撑的沈阳新松机器人自动化股份有限公司，已研制出了6kg-300kg多系列搬运机器人及重载荷的桥架式搬运机器人，多项技术指标接近国际先进水平，是我国机器人研究领域的领先者[26]。北京邮电大学的李金泉以及清华大学陈息、杨向东和北京理工大学付铁等人在日本不二机器人的基础上合作开发了负载能力可达50kg的TH50型搬运机器人[27-28]。武汉理工大学的郑绍春、孙超、李慧明、周永清等人结合造船厂型材加工时只能依靠工人操作龙口吊车完成型材上下料的现状，研究设计了应用于型材冷弯机的型材搬运上下料机器人，搬运重量可达600kg，实现了型材的自动化加工。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国工业机器人技术现状与产业化发展战略分析[J]. 赵雪. 科学技术创新. 2019(36)
[2]工业机器人的应用现状及发展[J]. 朴圣艮. 农家参谋. 2019(23)
[3]PLC控制技术在皮带运输机中的应用研究[J]. 徐中俊. 科学技术创新. 2019(33)
[4]搬运机器人及其关键技术分析[J]. 李淼,王艳秋. 湖北农机化. 2019(17)
[5]基于PLC控制的工业机器人系统研究[J]. 林森. 湖北农机化. 2019(09)
[6]工业机器人的应用现状及发展趋势[J]. 曹泓浩. 科技风. 2019(05)
[7]我国工业机器人发展现状与面临的挑战[J]. 苏艳娟,武漫漫. 科技创新导报. 2019(02)
[8]基于PLC控制的工业机器人系统研究[J]. 李晓鹿. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2018(12)
[9]移动式四自由度直角坐标机器人的结构设计与仿真[J]. 文怀兴,岳瑞芳. 装备机械. 2018(03)
[10]浅谈我国工业机器人发展现状及发展前景[J]. 吴珍珍,王东霞. 科技经济导刊. 2018(24)
硕士论文
[1]重载搬运机器人动力学分析与位置控制关键技术研究[D]. 阮益.山东科技大学 2018
[2]直角坐标型喷涂机器人控制系统设计与实现[D]. 孙科苗.杭州电子科技大学 2015
[3]新型工业机器人的设计与研究[D]. 李政.天津大学 2014
本文编号：3526188
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