六自由度弧焊机器人动态性能分析

论文摘要

焊接机器人能明显提高焊接质量和工作效率,减轻工人的劳动强度,降低生产成本和对工人操作技术的要求,它的广泛应用和国产化、产业化,对实现我国成为世界制造强国的目标具有里程碑的意义。本课题以沈阳新松机器人自动化股份有限公司自主研发的SRH6B弧焊机器人为研究对象,研究了机器人的运动学、动力学,对机器人的大臂和前臂管进行了有限元和模态分析,对机器人进行了标定实验分析。课题的主要研究内容与方法如下：1)采用D-H坐标变换描述出SRH6B弧焊机器人的运动学模型,建立了该机器人的运动学方程,并对机器人运动学的正解和逆解进行求解并验证了解的正确性。通过MATLAB编程,对SRH6B弧焊机器人运动学进行仿真,得出了机器人的运动学特性,为后续的机器人的动力学特性分析提供了可靠的模型。2)利用拉格朗日（Lagrange）方法建立机器人的动力学方程,运用COSMOS/Motion对机器人的动力学进行仿真。分别模拟了机器人末端焊钳焊接平直焊缝以及机器人末端焊钳焊接圆弧焊缝的过程,得出了机器人的动力学特性。通过对机器人动力学分析,为机器人的结构改进和优化以及零部件的选型等提供了一定的参考依据和价值。3)对机器人的大臂及前臂管进行了受力分析,通过SolidWorks Simulation划分网格并运算求解,得出了机器人大臂及前臂管的应力和位移图解。然后对机器人的大臂和前臂管进行了模态分析,分别列举出了大臂和前臂管的前六阶固有频率,并分别计算求解得出各自的六阶模态振型。4)最后,针对机器人的机构特点,分析了影响机器人末端绝对定位精度的误差来源,采用修正的运动学连杆参数模型,基于微分变换法推导出用于机器人标定的误差模型。利用API-T3激光跟踪仪进行标定实验,修正了机器人的运动学参数,提高了机器人的定位精度,从而验证该标定方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究背景
• 1.1.3 课题研究意义
• 1.2 工业机器人国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.2.3 弧焊机器人的关键技术研究
• 1.3 本课题研究内容与方法
• 1.4 本章小结
• 第2章 SRH6B弧焊机器人运动学分析
• 2.1 机器人运动学基础
• 2.1.1 机器人的位姿描述
• 2.1.2 齐次变换
• 2.1.3 连杆变换矩阵
• 2.2 机器人运动学模型的建立
• 2.2.1 机器人的机械结构
• 2.2.2 机器人运动学模型
• 2.3 机器人运动学方程
• 2.3.1 机器人运动学方程的正解
• 2.3.2 机器人运动学方程的逆解
• 2.4 机器人运动学方程的验证
• 2.4.1 正运动学方程解的验证
• 2.4.2 逆运动学方程解的验证
• 2.5 机器人的雅可比矩阵
• 2.6 基于Matlab的机器人运动学仿真
• 2.6.1 Matlab Robotics工具箱介绍
• 2.6.2 运动学仿真
• 2.7 本章小结
• 第3章 SRH6B弧焊机器人动力学分析
• 3.1 机器人动力学方程的建立
• 3.2 基于COSMOS/Motion动力学仿真
• 3.2.1 COSMOS/Motion简介
• 3.2.2 动力学仿真
• 3.3 本章小结
• 第4章 机器人部件的有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 有限元分析
• 4.2.1 大臂的有限元分析
• 4.2.2 前臂管的有限元分析
• 4.3 模态分析
• 4.3.1 大臂模态分析
• 4.3.2 前臂管模态分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 弧焊机器人精度分析
• 5.1 引言
• 5.2 精度标定
• 5.2.1 误差模型的建立
• 5.2.2 标定原理
• 5.3 实验分析
• 5.3.1 实验简介
• 5.3.2 实验结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢