开题报告-六自由度焊接机器人结构设计及运动分析.docx

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1、开题报告题 目基于运动学方程的弧焊机器人结构设计 与仿真学院机械与汽车工程学院专业材料成型及控制工程班级 2004材料成型学号学生姓名指导教师开题日期2008年3月3日一、 选题的背景与意义：1.1 设计时象简介本次毕业设计对象为如图1所示的一个机器人，是一个六轴弧焊机器人，该机器人能 够满足现阶段汽车零部件行业中，弧焊站机器人臂长不足的需求，在增加了臂长之后，仍 然能够达到转动惯量要求。二二二岂1图1鼠标上盖的三维示意图 机器人的设计技术参数如下表：机构多关节型机器人控制轴数6 轴(JI,J2.J3,J4, J5,J6)安装形式地面安装、顶吊安装、壁挂、倾斜角注意1）负荷设定3 kg可搬运规

2、格 （标准焊炬模式）84可搬运规格 （标准惯量模式）动作范围J1轴上限/下限185 (323rad)/-185 (-3.23rad)180。(3.14rad)/-180o (-3.l4rad)(选项)J2轴上限/下限1600(2.79radJ/-95(-1.66rad)口轴上限/下限2770(4.83rad)/-185o(-3.23rad)J4轴上限/下限200(3.49rad)/-200(-3.49rad)J5轴上限/下限电缆内U3手臂型l40(2.44rady-l400(-2.44rad)以往修粤量180(3.14rady-180(-3.14rad)J6轴上限/下限电缆内置J3手皆型270

3、(4.71 rady-2700(-4.7 Irad)以往修整型4500(7.85rad)/-4500(-7.85rad)关节数量6动作范围2000m负载8重复定位精度0. 08mm安装形式底座法兰安装功率5KW1.2本课题的目的电源220v自身重量150kg通过对本课题的理论研究、设计与实践，深入学习，熟练掌握工业机器人的运动学 方程，工作原理以及模拟仿真。采用三维建模软件设计个负载8Kg，工作范围在2000mm 的六轴弧焊机耀人，结合三维建模软件和机器人动力学仿真软件TECNOMATIX进行机构优化 与仿真研究。由于本课题涉及到产品的设计和模拟仿真，因此需要的综合知识很多，从理论到实际 生产

4、过程都牵涉到了。通过这些培养自己发现问题、分析问题和解决问题的能力和创新能 力与实践能力的训练。1.3 本课题的研究意义目前FANUC、ABB, KUKA等机器人公司占据看弧焊机器人的主要市场份额，其中， FUNAC的产品应用最为广泛。ABB, KUKA的均是关节机器人，价格比较贵，每台达100万 以上，即便是FANUC的机器人每台售价也在60万元人民币。鉴于孤焊机器人的市场现状, 我们开发种适用于汽车零部件弧焊机器人，以期能够提高国产弧焊机器人的市场竞争 力，打破目前的弧焊机器人市场依赖进口的格局。随着现代制造技术的迅速发展、计算机技术的应用，六轴工业机器人这样一个复杂的 机电一体化系统，从

5、模型设计和运动控制到自动化生产的应用是一个复杂的系统工程。对 其结构模型的设计流程进行分析研究，简化并建立系统化的设计流程，可为实现其产品化 以及批量化生产建立基础。分析建立一般的六轴工业机器人的运动模型，建立有效的轨迹 规划方法，可以提高工业机器人性能的利用率和工作效率，对于工业机器人在工业生产中 的应用具有广泛的实际意义。二、 本课题的研究现状与发展趋势机器人焊接是机器人技术研究和应用的个重要领域，在世界上当前服役的工业机器 人中，焊接机器人占了很大比例，FI本是世界上拥有机器人最多的国家，其中焊接机器人 所占的比例约为35机自从20世纪60年代第一台商用机器人问世以来，机器人技术无论 在

6、研究还是在应用方面都达到了相当的水平。作为机器人的种类之一的焊接机器人，其发 展已经历了三个阶段:即示教再现型焊接机器人、感觉型焊接机器人和智能型焊接机器人， 随着计算机技术的不断进步，使焊接机器人由单的示教再现型向多传感、智能化方向发 展将成为科研人员的追求FI标。目前在世界各主要工业国，包括焊接机器人在内的工业机器人的应用己经很普遍。据 IFR(International Federation of Robotics)的统计数据，2003年日本工业机器人装备 数为34. 9万台，美国11. 2万台，德国11. 3万台，韩国4. 7万台，世界总的装备数为80. 1 万台。据2002不完全统计

7、，我国现有机器人仅1800余台，且我国的焊接机器人94%以上 是从国外进口的s。对于中国这样一个13亿人口的大国来说，差距是很明显的。尽管形 成这一现实有许多方面的历史的和现实的原因，但逐步改变这种现状是我们不容回避的历 史责任。我国的焊接机器人学术研究和应用推广工作开展大约已有20多年的历史J,同其他 行业引进先进技术的过程一样，我国的焊接机器人也走过了一条从引进、消化到自行研制 的过程，目前我国在焊接机器人研究和应用方面虽然具有一定的规模，在某些方面甚至达 到了国际先进水平，但仍然存在明显不足。特别是国产化程度极低，尤其在弧焊机器人方 面，目前应用的焊接机器人中大部分是点焊机器人。其次，许

8、多引进的机器人国内还没有 相应的部配件生产，且缺乏足够的售前、售后服务和技术支持，造成使用成本加大，效率 降低。第三，许多国外系统不适合中国企业的工艺现状，主要表现在由于焊接前零件的质 量较低，而导致机器人的使用效率降低，适用范围受限，焊接机器人不能满足生产要求， 以至造成大最昂贵的设备处于半闲置的不利状态。三、研究的基本内容与拟解决的主要问题：1） 了解课题背景，查阅资料，掌握机器人运动的原理和特点，并学习机器人运动 学计算方法、机器人结构设计方法等基本知识；2）制定课题的技术路线和主要内容；完成本课题的开题报告；3）初步设计弧焊机器人结构，进行分析和改善，研究模具制造的工艺路线、分析 工艺

9、的合理性，从而改善结构，完成总体设计；4）完成弧焊机器人零部件的三维CAD；5）完成机器人的总体设计和各零件的设计；6）对机器人的各零件的进行强度校核，对机器人运动进行模拟仿真；7）撰写毕业设计论文，整理图纸等。四、研究的方法与技术路线：本次毕业设计的具体技术路线如下:确定机器人工作范围和负载仿真榭蜥噤构优化仿真榭蜥噤构优化器运学法 机人动窗图2研究技术路线 五、研究的总体安排与进度：1. 18.01. 1218. 03. 10明确设计任务，查阅资料，学习注射成型CAE软件的基本 分析流程，确定技术路线，完成开题报告；2. 18.03.11-18.03.31 初步设计弧焊机器人结构，进行分析和

10、改善，研究模具制 造的工艺路线、分析工艺的合理性，从而改善结构，完成总体设计；3. 18. 04.0118. 04. 203. 18. 04.0118. 04. 20完成弧焊机器人零部件的三维CAD ；4. 18. 04.2118. 05. 045. 18. 05. 05-18. 05. 18完成机器人的总体设计和各零件的设计：对机器人的各零件的进行强度校核，对机器人运动进行模 拟仿真;6. 18.05. 1918. 05.257. 18.05. 1918. 05.258. 18. 05. 2518. 06.01撰写毕业设计论文，整理图纸等; 整理文档，准备答辩。六、主要参考文献：1陈辛波.日

11、本机器人工业的现状及动向.机电一体化，2000(6): 5-102陈善本，林涛.智能化焊接机器人技术.机械工业出版社，2006(1) :4-73焊接机器人概述.中国机械网.2005(3)4林尚扬，陈善本等.焊接机器人机器应用.机械工业出版社.000(1) :4-205王耀南.机器人智能控制工程.科学出版社.33-456霍伟.机器人动力学与控制.高等教育出版社，2005(1)50-707赵锡芳.机器人劫力学.上海交通大学出版社，1992(1)8石炜.M0T0MAN-LP6机器人动力学分析.北京科技大学硕士论文，2003. 29蔡自兴.机器人学.清华大学出版社，2006(8)89-13010续彦芳，崔俊杰，苏铁雄.虚拟样机技术及其在ADAMS中的应用.机 械管 理开发，第82期，2005, 71-7311沈红芳.弧焊机器人虚拟样机研究.华东理工大学硕士论文，2002. 612江洪.Solid Works实例解析一曲线、曲面、仿真、渲染.机械工业出 版社.2005(1) :210-247指导教师审核意见: