六自由度焊接機器人虛擬設計及仿真分析

23000字 57頁

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目 錄
摘 要 2
Abstract 3
第一章 緒論 4
1.1 引言 4
1.2 焊接機器人的發(fā)展和研究現(xiàn)狀 5
1.2.1 焊接機器人的發(fā)展歷程 5
1.2.2 國內外的發(fā)展狀況 6
1.3 工業(yè)機器人的組成結構與特點 7
1.3.1 工業(yè)機器人的組成結構 7
1.3.2 工業(yè)機器人的主要特點 9
1.3.3 焊接機器人的運用 10
1.3.4 焊接機器人的分類 11
1.4 課題研究的背景和意義 12
1.5 本論文的研究內容 13
第2章 焊接機器人幾何構型和傳動方案的設計 13
2.1引言 13
2.2 焊接機器人的基本設計參數(shù) 14
2.3 焊接機器人總體方案設計 14
2.4 焊接機器人傳動方案設計 15
2.4.1 驅動方式的選擇 15
2.4.2機器人腰關節(jié)傳動的設計 15
2.4.3機器人肩關節(jié)和肘關節(jié)傳動的設計 17
2.4.4 機器人腕部俯仰結構傳動的設計 18
2.5 本章小結 19
第3章 焊接機器人本體設計 20
3.1 引言 20
3.2 焊接機器人的設計要求 20
3.3 本體材料的選擇 20
3.4傳動裝置中各部件型號的選型 21
3.5諧波減速器的設計 23
3.6各模塊的具體結構設計 25
3.6.1 肩關節(jié)模塊 25
3.6.2 大臂模塊 26
3.6.3腰部模塊 27
3.6.4底座模塊 28
3.7焊接機器人整機虛擬裝配 29
3.8 本章小結 31
第四章 焊接機器人運動學 32
4.1 機器人運動學概述 32
4.2 運動學正問題 32
4.2.1齊次坐標及對象物的描述 33
4.2.2 齊次變換及運算 36
4.2.3 工業(yè)機器人連桿參數(shù)及其齊次坐標矩陣 38
4.2.4 機器人運動學方程 39
4.3 運動學逆問題 42
第五章 機器人運動學仿真 44
5.1 焊接機器人仿真模型的建立 44
5.2 焊接機器人運動學仿真 48
5.2.1 模型檢查和仿真分析參數(shù)設置 49
5.2.2 仿真過程及機械手末端的運動軌跡 50
5.2.3 各個關節(jié)轉角 51
5.2.4關節(jié)角速度角加速度的測量 53
5.2.5機械人末端位置的測量 53
5.3 本章小結 54
第六章 總結與展望 54
第七章 致謝 56
參考文獻 56



摘 要
隨著機器人技術的應用和發(fā)展，機器人技術逐漸應用到了工業(yè)的各個領域。根據(jù)不同項目需要，如何加快機器人開發(fā)進度，提高開發(fā)效率，改善機器人的各項性能，己成為極需解決的問題。一直以來，在機器人的設計開發(fā)及優(yōu)化設計中，機器人運動學建模與運動學仿真研究都是非常重要的工作。特別是針對復雜的空間機構，如何快速、準確地建立系統(tǒng)的運動學模型，并進行有關系統(tǒng)性能的各項仿真工作顯得越來越重要。
本文依據(jù)對工業(yè)機器人的理解與研究，運用目前通用的CAD三維設計軟件對焊接工業(yè)機器人的各主要零部件進行初步設計，并裝配成完整的機器人模型。根據(jù)焊接機器人的結構特點，對各關節(jié)需配置的電機與減速器進行參數(shù)計算與選型。然后在對機器人進行正向運動學分析的基礎上，運用D-H矩陣法，求解出焊接機器人末端位姿的數(shù)學模型，完成了焊接機器人空間位姿的描述。最后運用ADAMS 軟件，建立了焊接機器人的虛擬樣機模型，仿真得出了模型的末端軌跡，并與數(shù)學模型求解結果進行對比，驗證了數(shù)學模型的準確性與可靠性；并對其進行機器人的動畫演示和運動仿真，得到了6個關節(jié)順序動作的動作過程動畫和6關節(jié)協(xié)調動作時的各個關節(jié)的關節(jié)角曲線、關節(jié)速度曲線和末端軌跡曲線，對指導后期的機器人軌跡規(guī)劃及機器人結構優(yōu)化設計等工作具有積極的意義。

關鍵詞： 焊接機器人；結構設計；虛擬樣機；ADAMS；運動仿真；軌跡優(yōu)化


Abstract
With the application and development of the robotics, the robotics are gradually applied to all areas of Industry. According to the needs of different kinds of projects, how to speed up the development of robotics and how to improve the efficiency and the performance of the robot has become a problem needed to resolve as soon as possible. In the development and optimization of the robot’s design, the modeling and simulation of robot kinematics are very important jobs since ever. Especially for complex spatial mechanisms, how to quickly and accurately establish kinematics model and simulation model of the system and carry on the simulation of the system’s performance has increasingly become important.
In this paper, based on the understanding and study of industrial robots, we use the current universal 3D CAD software to design all major components of industrial welding robots in the preliminary design stage, and assembled these components into a complete robot model. According to the structural characteristics of the welding robot, each joint must be provided with appropriate motor, and the calculation of parameter and selection of reducer must be done at the same time. Then, based on the forward kinematics analysis of robot, use the D-H matrix method to solve a mathematical model of the end’s pose of a welding robot, and complete the description of spatial position of welding robot. Finally, we use the ADAMS software to build a virtual prototype model of the welding robot to get results of the end trajectory of model and compare this result with mathematical model’s results to verify the accuracy and reliability of the mathematical model; and carry on the animation presentations and motion simulation to get the joint angle curve and obtain six joints’ action’s animation , the joint velocity curve and ends trajectory curve, these work has a positive meaning to robot trajectory planning and design of the robot structure.
Keywords: Welding robots;structural design; virtual prototyping; ADAMS; motion simulation; trajectory..