一种新型激光焊接并联机器人结构及性能研究

论文摘要

激光焊接并联机器人综合了并联机器人、焊接机器人和激光焊接方面的技术优势,是当今焊接工艺发展和应用的热点之一,是实现焊接工艺自动化的一个新的发展方向,对决定制造业未来发展前途具有重要的战略意义。少自由度并联机构是机器人研究领域的热门课题,目前许多学者开发出很多新机构,但新机构要进入实际的工程应用领域还需进行很多系统的研究。本课题密切结合开发新型激光焊接并联制造装备的需求,在国家863计划资金资助下,系统研究一种新型激光焊接并联机器人的构型设计、运动学分析、工作空间研究、性能仿真等问题。本课题总结归纳了少自由度并联机构的结构组成原理、并联机构的选型原则、并联机构运动副及运动支链的类型设计。以此为基础,根据简单及适用的原则,本课题提出了一种具有工程实用价值的三分支三自由度2TPRRR-TP并联机器人,并给出了该并联机器人的结构设计图。根据齐次坐标变换理论,构造出了该并联机构的位置正、逆解模型,并对其模型进行了系统研究,为我们正确的选型及控制策略提供了理论依据。利用极限边界搜索算法求出了该并联机构的工作空间,并运用MATLAB的绘图及数据可视化技术给出了该并联机构的工作空间的三维仿真实体模型。最后用ADAMS软件建立了该并联机器人的虚拟样机,对其运动学性能进行了仿真,与理论计算相吻合。为后续的物理样机制造提供了技术储备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外并联机器人研究现状
• 1.2.1 并联机构的概念设计
• 1.2.2 并联机构运动学研究
• 1.2.2.1 位置分析
• 1.2.2.2 速度、加速度分析
• 1.2.3 并联机构工作空间研究
• 1.3 课题来源及本文主要研究内容
• 第2章 并联机器人的概念设计
• 2.1 引言
• 2.2 并联机构概念设计的主要内容及流程
• 2.2.1 概念设计的主要内容
• 2.2.2 概念设计的流程
• 2.3 少自由度并联机构的结构组成原理
• 2.4 并联机构的选型原则
• 2.5 并联机构的自由度
• 2.6 并联机构运动副分类
• 2.7 并联机构的支链类型设计
• 2.8 2TPRRR-TP并联机器人结构设计
• 2.9 小结
• 第3章 并联机构运动学逆解建模及求解
• 3.1 引言
• 3.2 位置与姿态的描述和空间变换
• 3.2.1 位置与姿态的描述
• 3.2.2 空间齐次坐标变换
• 3.2.3 姿态矩阵的欧拉角表示
• 3.3 2TPRRR-TP并联机构位置逆解分析
• 3.3.1 坐标系建立和动平台位姿描述
• 3.3.2 位置逆解模型
• 3.4 杆长仿真
• 3.5 小结
• 第4章 2TPRRR-TP并联机构正解分析
• 4.1 引言
• 4.2 2TPRRR-TP位置正解模型
• 4.3 算例
• 4.4 小结
• 第5章 并联机构工作空间分析
• 5.1 引言
• 5.2 影响并联机构工作空间的因素
• 5.3 并联机构工作空间的确定方法
• 5.4 2TPRRR-TP工作空间的搜索算法及求解
• 5.5 2TPRRR-TP工作空间的正解求解法
• 5.6 小结
• 第6章 2TPRRR-TP并联机构运动学仿真
• 6.1 引言
• 6.2 ADAMS仿真软件
• 6.3 2TPRRR-TP三维建模
• 6.4 2TPRRR-TP并联机构运动仿真分析
• 6.4.1 2TPRRR-TP并联机构自由度模拟
• 6.4.2 2TPRRR-TP并联机构正向运动仿真
• 6.4.3 2TPRRR-TP并联机构逆向运动仿真
• 6.5 2TPRRR-TP并联机构工作空间模拟
• 6.6 小结
• 第7章 结论及研究展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢