船舱除锈喷漆机器人的设计研究

论文摘要

本论文主要对山东科技大学机器人中心的船舶除锈喷漆机器人进行了一些设计研究。该机器人实现了机电一体化协同控制,具有七个自由度,能实现工作平面二维和三维空间的自由转换,实现了除锈喷漆作业地机械化与自动化。本文利用三维软件SolidWorks,建立了除锈喷漆机器人的三维模型,并且结合D-H方法建立了机器入的运动学模型。在此基础上,推导出了机器人的雅克比矩阵,研究了机器人操作空间速度与关节空间速度之间的映射关系。把SolidWorks建立的机器人几何模型导入机械系统动力学仿真分析软件MSC.ADAMS中,进一步建立了机器人的虚拟样机模型并进行运动仿真。在仿真过程中探讨了由操作空间到关节空间再到驱动空间的映射问题,并借助ADAMS揿件实现了这一过程,导出了虚拟样机分析的结果,得到了一系列重要关节的运动曲线。利用有限元分析软件ANSYS,建立了机器人竖直导轨的有限元模型,根据前面仿真分析的结果,进行静力分析,直观的得出了该部件在最恶劣工况下的应力、应变分布情况,为改进强度设计提供了依据;进行模态分析,得出了导轨前几阶模态,直观地了解了结构的弯曲刚度和扭转刚度的分布情况。最后对机器人的喷枪轨迹进行规划设计,进一步提高了机器人的施工效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 本课题研究的主要内容和任务
• 2 船舶除锈喷漆机器人本体设计与实体建模
• 2.1 机器人本体结构的设计
• 2.2 机器人控制方案的设计
• 2.3 机器人的实体建模
• 2.4 本章小结
• 3 船舶除锈喷漆机器人运动学分析
• 3.1 引言
• 3.2 机器人运动学正解
• 3.3 机器人雅克比矩阵
• 3.4 机器人运动学反解
• 3.5 本章小结
• 4 船舶除锈喷漆机器人动力学仿真分析
• 4.1 机器人动力学分析基础
• 4.2 除锈喷漆人的动力学仿真分析
• 4.3 本章小结
• 5 船舶除锈喷漆机器人有限元分析与轨迹规划
• 5.1 除锈喷漆机器人有限元建模
• 5.2 除锈喷漆机器人静力分析
• 5.3 除锈喷漆机器人的模态分析
• 5.4 机器人轨迹规划设计
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况