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一种S型管道喷涂机器人的结构设计与分析

作　者: 栾振兴
导　师: 樊立民
学　校: 北京邮电大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 管道机器人结构设计有限元运动学仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 125次
引　用: 2次
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内容摘要

针对某S型管道特定位置的喷涂要求,设计了该管道喷涂机器人。本课题对于解决该大型管道的特殊需求,保证重点装备改装和施工质量具有重要意义,同时亦可用于解决其他类似管道的喷涂问题,为提高该类产品的生产效率,保护工人的健康等均提供了较大的作用。本论文主要针对管道喷涂机器人的结构进行了设计和分析,主要包括如下内容：1.首先探讨了喷涂机器人的研究意义和目的,对国内外管道机器人的现状进行了分析和综述,并对机器人的相关技术进行了分析,从而引出本文所要研究的内容,包括机器人的结构设计,有限元分析和运动学仿真等；2.本论文对机器人结构进行设计。针对该管道的特殊形状以及喷涂需求,对机器人的结构设计进行了详细的方案论述,并给出相应的三维和二维图纸,同时对于伺服电机、减速器、导轨、丝杠的计算和校核给出了相应的计算过程。还利用Pro/E软件强大计算功能,对于每个关节所受的力进行了计算,为之后要进行的静力学校核提供了前提；3.介绍有限元方法的相关理论,并利用有限元软件ANSYS,对结构设计的关键零部件进行了静力学的校核,通过对计算得出最大的应变和应力进行分析,对安全性进行校核,并对结构设计进行优化；4.利用Pro/E软件的Mechanism功能对机器人进行运动仿真,利用其软件提供的功能,对机器人进行简化,按照一定的装配规律,对机器人曲臂进行装配,并输入运动学计算出来的关节数据,对其进行运动学仿真,从而检测机器人手臂是否与管道进行碰撞,进而为机器人的路径优化提供参考。最后通过对上述内容的研究,对管道机器人的结构设计和分析做了系统的总结,并提出了不足和展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题背景与选题意义  9-10
  1.3 管道机器人国内外研究综述  10-15
    1.3.1 机器人发展综述  10-12
    1.3.2 管道机器人发展综述  12-15
  1.4 管道机器人相关技术简述  15-18
    1.4.1 机器人性能指标  15-17
    1.4.2 机器人结构静力学分析  17
    1.4.3 机器人运动学仿真分析  17-18
  1.5 本论文主要研究内容  18-19
第二章管道喷涂机器人总体设计方案综述  19-33
  2.1 机器人结构方案总体设计  19-23
    2.1.1 机器人机构形式  19-20
    2.1.2 机器人自由度划分  20-22
    2.1.3 机器人驱动系统设计  22-23
  2.2 机器人控制系统方案总体设计  23-29
    2.2.1 PMAC系统  24-26
    2.2.2 PLC系统  26-29
  2.3 机器人喷涂方案设计  29-31
  2.4 本章小结  31-33
第三章管道喷涂机器人结构设计  33-51
  3.1 Pro/E软件和AutoCAD软件介绍  33-34
  3.2 机器人曲臂结构设计  34-38
    3.2.1 曲臂关节设计方案  34-37
    3.2.2 曲臂驱动系统选型校核(以J2为例)  37-38
  3.3 机器人伸缩臂结构设计  38-44
    3.3.1 伸缩臂设计方案  38-41
    3.3.2 伸缩臂驱动系统选型校核(以H6为例)  41-44
  3.4 机器人基座结构设计  44-49
    3.4.1 基座设计方案  44-46
    3.4.2 基座驱动系统选型校核(以H1为例)  46-49
  3.5 机器人的精度计算  49-50
  3.6 本章小结  50-51
第四章机器人结构静力学分析  51-63
  4.1 有限元方法及相关软件介绍  51-53
  4.2 有限元的建模  53-54
  4.3 有限元模型的网格划分  54-55
  4.4 有限元的载荷加载和约束  55-56
  4.5 关键零部件的分析与优化  56-61
    4.5.1 曲臂关节的关键零部件分析  56-58
    4.5.2 伸缩臂关键零部件分析  58-60
    4.5.3 基座关键零部件分析  60-61
  4.6 本章小结  61-63
第五章机器人运动仿真分析  63-69
  5.1 机器人运动仿真结构  64-65
  5.2 冗余曲臂和伸缩臂的装配  65-66
    5.2.1 伸缩臂关节的装配  65-66
    5.2.2 曲臂关节装配  66
  5.3 数据输入与运动分析  66-67
  5.4 仿真结果  67
  5.5 本章小结  67-69
第六章总结与展望  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-77
攻读硕士期间取得的学术成果  77

一种S型管道喷涂机器人的结构设计与分析

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