轮足组合越障全位置自主焊接机器人的虚拟样机设计与分析

论文摘要

当前焊接机器人大多运用在结构化的焊接环境中,但在非结构化环境中,尤其在大型船体、球(气)罐等大型装备的制造特别是检修维护作业中,焊接工作量大,作业空间复杂,作业难度大,迫切需要研制出这种复杂环境下的新型焊接机器人。本文对焊接机器人虚拟样机的设计和分析进行了研究,主要做了以下几个方面的工作:(1)分析了焊接机器人课题的研究背景和意义,分析了国内外对焊接机器人和爬壁面机器人的的研究现状,并介绍了本文的主要研究内容。(2)根据焊接机器人所焊接的大型装备焊缝表面的存在板筋障碍等特点,本文设计出了包括爬行机构、永磁吸附及升降变位机构、5自由度焊接机械手和本体框架的可实现越障功能的焊接机器人。应用SolidWorks软件,设计出了焊接机器人的三维虚拟样机模型,使用SolidWorks Simulation对焊接机器人的结构进行了静力学有限元仿真,并对仿真的结果进行分析,改进结构设计,实现了对结构的优化设计。应用SolidWorks Motion软件仿真了焊接机器人机械手焊接焊缝的过程以及焊接机器人越障的过程。(3)使用ADAMS软件对焊接机器人仿真、验证和分析。将Solidworks中建立的虚拟样机模型导入到ADAMS中,仿真并分析焊接机器人在最为困难的工况—垂直壁面水平行走过程中的力学特性,并着重分析了行走过程中是否打滑的问题,最后对焊接机器人在垂直壁面转弯的过程进行了仿真和分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 焊接机器人的研究现状
• 1.2.2 爬壁机器人的研究现状
• 1.3 虚拟样机技术
• 1.4 本研究内容
• 第二章 焊接机器人的机构设计
• 2.1 焊接机器人的总体设计方案
• 2.1.1 本课题焊接机器人的主要技术参数
• 2.1.2 机器人总体方案设计
• 2.2 焊接机器人的机构设计
• 2.3 车身设计方案
• 2.3.1 本体框架
• 2.3.2 爬行机构
• 2.3.3 永磁吸附机构
• 2.3.4 升降变位机构
• 2.4 机械臂设计方案
• 2.4.1 机械臂结构形式
• 2.4.2 机械臂所需的自由度分析
• 2.4.3 机械臂的结构设计
• 2.4.4 机械臂电机、减速器选型
• 2.5 本章小结
• 第三章 焊接机器人虚拟样机的建立及静力学有限元仿真与分析
• 3.1 SolidWorks 软件简介
• 3.2 焊接机器人的实体建模
• 3.2.1 零部件的建模
• 3.2.2 由零部件生成装配体
• 3.3 静力学仿真
• 3.3.1 有限元法概述
• 3.3.2 SolidWorks simulation 简介
• 3.3.3 臂一的静力学仿真
• 3.4 机械臂优化
• 3.5 本章小结
• 第四章 焊接机器人的运动学理论分析与仿真
• 4.1 机械手的运动学分析
• 4.1.1 机械手坐标系的建立
• 4.1.2 机械手的运动学分析
• 4.2 机械手焊接的运动学仿真
• 4.2.1 添加约束
• 4.2.2 仿真结果
• 4.3 车体越障的运动学仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 焊接机器人在ADAMS 中的仿真
• 5.1 ADAMS 概论
• 5.2 机器人在ADAMS 中的建模
• 5.2.1 SolidWorks 中模型的建立和简化
• 5.2.2 模型的导入
• 5.2.3 设置操作环境
• 5.2.4 定义零部件密度
• 5.2.5 定义约束副
• 5.2.6 定义车轮和壁面之间的接触力以及磁力
• 5.3 垂直壁面水平直线运动仿真
• 5.4 垂直壁面转弯运动仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 文章总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的学术论文
• 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书