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學(xué) 院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
開(kāi) 題 報(bào) 告
題 目 基于運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的弧焊機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真
學(xué) 院 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 材料成型及控制工程
班 級(jí)
學(xué) 號(hào) 104012002
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
開(kāi)題日期 年 3 月 3 日
一、 選題的背景與意義：
1.1 設(shè)計(jì)對(duì)象簡(jiǎn)介
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)象為如圖1所示的一個(gè)機(jī)器人，是一個(gè)六軸弧焊機(jī)器人，該機(jī)器人能夠滿(mǎn)足現(xiàn)階段汽車(chē)零部件行業(yè)中，弧焊站機(jī)器人臂長(zhǎng)不足的需求，在增加了臂長(zhǎng)之后，仍然能夠達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求。
圖1 鼠標(biāo)上蓋的三維示意圖
機(jī)器人的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)如下表：
關(guān)節(jié)數(shù)量
6
動(dòng)作范圍
2000m
負(fù)載
8
重復(fù)定位精度
0.08mm
安裝形式
底座法蘭安裝
功率
5KW
電源
220v
自身重量
150kg
1.2 本課題的目的
通過(guò)對(duì)本課題的理論研究、設(shè)計(jì)與實(shí)踐，深入學(xué)習(xí)，熟練掌握工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，工作原理以及模擬仿真。采用三維建模軟件設(shè)計(jì)一個(gè)負(fù)載 8Kg ，工作范圍在2000mm的六軸弧焊機(jī)器人,結(jié)合三維建模軟件和機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真軟件TECNOMATIX進(jìn)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化與仿真研究。
由于本課題涉及到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和模擬仿真，因此需要的綜合知識(shí)很多，從理論到實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程都牽涉到了。通過(guò)這些培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力的訓(xùn)練。
1.3 本課題的研究意義
目前，F(xiàn)ANUC、ABB, KUKA等機(jī)器人公司占據(jù)著弧焊機(jī)器人的主要市場(chǎng)份額，其中，F(xiàn)UNAC的產(chǎn)品應(yīng)用最為廣泛。ABB, KUKA的均是關(guān)節(jié)機(jī)器人，價(jià)格比較貴，每臺(tái)達(dá)100萬(wàn)以上，即便是FANUC的機(jī)器人每臺(tái)售價(jià)也在60萬(wàn)元人民幣。鑒于弧焊機(jī)器人的市場(chǎng)現(xiàn)狀，我們開(kāi)發(fā)一種適用于汽車(chē)零部件弧焊機(jī)器人，以期能夠提高國(guó)產(chǎn)弧焊機(jī)器人的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，打破目前的弧焊機(jī)器人市場(chǎng)依賴(lài)進(jìn)口的格局。
隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的迅速發(fā)展、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，六軸工業(yè)機(jī)器人這樣一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)，從模型設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)控制到自動(dòng)化生產(chǎn)的應(yīng)用是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。對(duì)其結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行分析研究，簡(jiǎn)化并建立系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)流程，可為實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品化以及批量化生產(chǎn)建立基礎(chǔ)。分析建立一般的六軸工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型，建立有效的軌跡規(guī)劃方法，可以提高工業(yè)機(jī)器人性能的利用率和工作效率，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用具有廣泛的實(shí)際意義。
二、 本課題的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
機(jī)器人焊接是機(jī)器人技術(shù)研究和應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，在世界上當(dāng)前服役的工業(yè)機(jī)器人中，焊接機(jī)器人占了很大比例，日本是世界上擁有機(jī)器人最多的國(guó)家，其中焊接機(jī)器人所占的比例約為35%。自從20世紀(jì)60年代第一臺(tái)商用機(jī)器人問(wèn)世以來(lái)，機(jī)器人技術(shù)無(wú)論在研究還是在應(yīng)用方面都達(dá)到了相當(dāng)?shù)乃健Ｗ鳛闄C(jī)器人的種類(lèi)之一的焊接機(jī)器人，其發(fā)展已經(jīng)歷了三個(gè)階段:即示教再現(xiàn)型焊接機(jī)器人、感覺(jué)型焊接機(jī)器人和智能型焊接機(jī)器人，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使焊接機(jī)器人由單一的示教再現(xiàn)型向多傳感、智能化方向發(fā)展將成為科研人員的追求目標(biāo)。
目前在世界各主要工業(yè)國(guó)，包括焊接機(jī)器人在內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用己經(jīng)很普遍。據(jù)IFR(International Federation of Robotics)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2003年日本工業(yè)機(jī)器人裝備數(shù)為34.9萬(wàn)臺(tái)，美國(guó)11.2萬(wàn)臺(tái)，德國(guó)11.3萬(wàn)臺(tái)，韓國(guó)4.7萬(wàn)臺(tái)，世界總的裝備數(shù)為80.1萬(wàn)臺(tái)。據(jù)2002不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有機(jī)器人僅1800余臺(tái)，且我國(guó)的焊接機(jī)器人94%以上是從國(guó)外進(jìn)口的}s}。對(duì)于中國(guó)這樣一個(gè)13億人口的大國(guó)來(lái)說(shuō)，差距是很明顯的。盡管形成這一現(xiàn)實(shí)有許多方面的歷史的和現(xiàn)實(shí)的原因，但逐步改變這種現(xiàn)狀是我們不容回避的歷史責(zé)任。
我國(guó)的焊接機(jī)器人學(xué)術(shù)研究和應(yīng)用推廣工作開(kāi)展大約已有20多年的歷史了，同其他行業(yè)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的過(guò)程一樣，我國(guó)的焊接機(jī)器人也走過(guò)了一條從引進(jìn)、消化到自行研制的過(guò)程，目前我國(guó)在焊接機(jī)器人研究和應(yīng)用方面雖然具有一定的規(guī)模，在某些方面甚至達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，但仍然存在明顯不足。特別是國(guó)產(chǎn)化程度極低，尤其在弧焊機(jī)器人方面，目前應(yīng)用的焊接機(jī)器人中大部分是點(diǎn)焊機(jī)器人。其次，許多引進(jìn)的機(jī)器人國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相應(yīng)的部配件生產(chǎn)，且缺乏足夠的售前、售后服務(wù)和技術(shù)支持，造成使用成本加大，效率降低。第三，許多國(guó)外系統(tǒng)不適合中國(guó)企業(yè)的工藝現(xiàn)狀，主要表現(xiàn)在由于焊接前零件的質(zhì)量較低，而導(dǎo)致機(jī)器人的使用效率降低，適用范圍受限，焊接機(jī)器人不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，以至造成大量昂貴的設(shè)備處于半閑置的不利狀態(tài)。
三、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題：
1) 了解課題背景，查閱資料，掌握機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的原理和特點(diǎn)，并學(xué)習(xí)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算方法、機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法等基本知識(shí)；
2) 制定課題的技術(shù)路線(xiàn)和主要內(nèi)容；完成本課題的開(kāi)題報(bào)告；
3) 初步設(shè)計(jì)弧焊機(jī)器人結(jié)構(gòu)，進(jìn)行分析和改善，研究模具制造的工藝路線(xiàn)、分析工藝的合理性，從而改善結(jié)構(gòu)，完成總體設(shè)計(jì)；
4) 完成弧焊機(jī)器人零部件的三維CAD；
5) 完成機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)和各零件的設(shè)計(jì)；
6) 對(duì)機(jī)器人的各零件的進(jìn)行強(qiáng)度校核，對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬仿真；
7) 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，整理圖紙等。
四、研究的方法與技術(shù)路線(xiàn)：
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體技術(shù)路線(xiàn)如下：
確定機(jī)器人工作范圍和負(fù)載
各軸電機(jī)型號(hào)和減速機(jī)選擇
仿真模擬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化
連接軸設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核
機(jī)器人各節(jié)手臂設(shè)計(jì)和法蘭設(shè)計(jì)
機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)算法
圖2 研究技術(shù)路線(xiàn)
五、研究的總體安排與進(jìn)度：
1. 18.01.12～18.03.10 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱資料，學(xué)習(xí)注射成型CAE軟件的基本分析流程，確定技術(shù)路線(xiàn)，完成開(kāi)題報(bào)告；
2. 18.03.11～18.03.31 初步設(shè)計(jì)弧焊機(jī)器人結(jié)構(gòu)，進(jìn)行分析和改善，研究模具制造的工藝路線(xiàn)、分析工藝的合理性，從而改善結(jié)構(gòu)，完成總體設(shè)計(jì)；
3. 18.04.01～18.04.20 完成弧焊機(jī)器人零部件的三維CAD；
4. 18.04.21～18.05.04 完成機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)和各零件的設(shè)計(jì)；
5. 18.05.05～18.05.18 對(duì)機(jī)器人的各零件的進(jìn)行強(qiáng)度校核，對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬仿真；
6. 18.05.19～18.05.25 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，整理圖紙等；
7．18.05.25～18.06.01 整理文檔，準(zhǔn)備答辯。
六、主要參考文獻(xiàn)：
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[11]沈紅芳.弧焊機(jī)器人虛擬樣機(jī)研究.華東理工大學(xué)碩士論文，2002.6
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指導(dǎo)教師審核意見(jiàn)：
年 月 日