本文關(guān)鍵詞：閥門焊接機(jī)械手的機(jī)構(gòu)及控制方案設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 焊接機(jī)械手 SolidWorks建模 D-H法 ADAMS仿真 EtherCAT

【摘要】：隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的逐漸提高,越來越多的手工焊接領(lǐng)域逐漸被焊接機(jī)械手所取代。使用機(jī)械手進(jìn)行焊接,不僅可以減少人工勞動(dòng)成本,而且還可以提高焊接的效率和精度。本文針對(duì)的是某種特定閥門閥體密封面的焊接,通過對(duì)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)及控制方案研究,使其能夠應(yīng)用于閥門閥體密封面的焊接任務(wù)。具體工作如下:⑴通過參考、借鑒和對(duì)比等方法,選擇了電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的六關(guān)節(jié)六自由度串聯(lián)機(jī)械手,并利用Solidworks軟件建立了焊接機(jī)械手裝配模型。然后運(yùn)用D-H法對(duì)該機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,包括機(jī)械手-變位機(jī)協(xié)同運(yùn)動(dòng)建模以及機(jī)械手和變位機(jī)各自正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解。此外,還在機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了焊接機(jī)械手工作空間的分析,并給出了工作空間的平面投影圖;⑵采用拉格朗日法進(jìn)行機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)研究,并通過構(gòu)造機(jī)械手拉格朗日方程求解出此焊接機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)方程。然后基于牛頓-歐拉方程桿件質(zhì)心的慣性力和慣性力矩表達(dá)式,推導(dǎo)并計(jì)算出了焊接機(jī)械手各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力矩表達(dá)式;⑶將建立好的機(jī)械手模型導(dǎo)入ADAMS中進(jìn)行機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真。通過機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,得出其關(guān)節(jié)角、桿件質(zhì)心位移以及關(guān)節(jié)角速度與角加速度都在各自的變化范圍內(nèi)。此外,基于機(jī)械手-變位機(jī)協(xié)同焊接運(yùn)動(dòng)學(xué)模型及參數(shù)求解方法的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真結(jié)果表明:協(xié)同焊接過程中機(jī)械手和變位機(jī)關(guān)節(jié)角也都在合理范圍內(nèi),機(jī)械手關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角曲線呈周期性變化、平滑無突變,確保了焊槍的追蹤運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。焊槍末端點(diǎn)軌跡擬合出空間橢圓曲線,表明焊槍末端能夠?qū)崟r(shí)追蹤到閥體內(nèi)壁的橢圓焊縫并與其以較高精度貼合。通過ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力矩隨時(shí)間的變化情況可知:驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力矩都在變化范圍之內(nèi),機(jī)械手系統(tǒng)在焊接作業(yè)過程中運(yùn)行平穩(wěn),沒有發(fā)生干涉或者與閥體內(nèi)壁碰撞等不良現(xiàn)象,也就證實(shí)了機(jī)械手在狹小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)焊接的可行性;⑷提出一種基于EtherCAT總線進(jìn)行主控制器和伺服運(yùn)動(dòng)控制之間通信的焊接機(jī)械手控制系統(tǒng)總體方案,主要解決了通信和控制算法兩大問題。此外,還研究了焊接工作站的組成及整體布局,然后介紹了焊接試驗(yàn)的工藝要求,并給出了弧焊試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明:焊接過程平穩(wěn),所形成的橢圓環(huán)形焊縫軌跡平滑、精度較高,能夠達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)中閥門閥體密封面的焊接要求。
【關(guān)鍵詞】：焊接機(jī)械手 SolidWorks建模 D-H法 ADAMS仿真 EtherCAT
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP241;TG409
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 選題的來源、背景和意義13-14
• 1.1.1 選題的來源和背景13-14
• 1.1.2 選題的意義14
• 1.2 文獻(xiàn)綜述14-19
• 1.2.1 國內(nèi)外機(jī)械手的研究狀況14-18
• 1.2.1.1 國外機(jī)械手研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1.2 國內(nèi)機(jī)械手研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 國內(nèi)外機(jī)械手研究趨勢(shì)18-19
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容19-20
• 第二章 焊接機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及與變位機(jī)協(xié)同運(yùn)動(dòng)建模20-47
• 2.1 剛體位姿描述及坐標(biāo)變換20-24
• 2.1.1 剛體位姿描述20-21
• 2.1.1.1 位置的描述20-21
• 2.1.1.2 位姿的描述21
• 2.1.2 坐標(biāo)變換概述21-23
• 2.1.2.1 坐標(biāo)平移變換21-22
• 2.1.2.2 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換22-23
• 2.1.2.3 一般坐標(biāo)變換23
• 2.1.3 齊次變換描述23-24
• 2.2 連桿參數(shù)及連桿坐標(biāo)系24-26
• 2.2.1 連桿及連桿連接描述24-25
• 2.2.2 連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量25
• 2.2.3 連桿坐標(biāo)系及其連桿參數(shù)定義25
• 2.2.4 連桿變換和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程25-26
• 2.3 串聯(lián)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析簡介26-27
• 2.4 串聯(lián)機(jī)械手構(gòu)型設(shè)計(jì)27-30
• 2.4.1 基本設(shè)計(jì)要求27-28
• 2.4.2 機(jī)械手臂的構(gòu)型方案選擇28-29
• 2.4.3 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式的選擇29-30
• 2.5 焊接機(jī)械手模型的建立30-32
• 2.5.1 機(jī)械手本體選擇30
• 2.5.2 閥門焊接機(jī)械手三維建模30-32
• 2.6 機(jī)械手-變位機(jī)協(xié)同焊接運(yùn)動(dòng)學(xué)建模32-44
• 2.6.1 機(jī)械手各連桿間坐標(biāo)變換32
• 2.6.2 焊接機(jī)械手-變位機(jī)系統(tǒng)方案32-35
• 2.6.2.1 系統(tǒng)方案32-33
• 2.6.2.2 基于弗萊納-雪列矢量的離散焊點(diǎn)位姿求解33-35
• 2.6.3 機(jī)械手-變位機(jī)主、從運(yùn)動(dòng)鏈耦合關(guān)系方程35-36
• 2.6.4 變位機(jī)正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及參數(shù)求解36-38
• 2.6.5 機(jī)械手正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及參數(shù)求解38-44
• 2.6.5.1 機(jī)械手正運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及參數(shù)求解38-39
• 2.6.5.2 機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及參數(shù)求解39-43
• 2.6.5.3 運(yùn)動(dòng)空間分析43-44
• 2.7 微分變換法求焊接機(jī)械手雅克比矩陣及奇異性分析44-46
• 2.7.1 微分變換法求雅克比矩陣44-45
• 2.7.2 奇異性分析45-46
• 2.8 本章小結(jié)46-47
• 第三章 焊接機(jī)械手動(dòng)力學(xué)建模47-53
• 3.1 動(dòng)力學(xué)分析的理論概述47-48
• 3.2 機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)過程48-51
• 3.2.1 動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變換48
• 3.2.2 機(jī)械手動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)與建立48-51
• 3.3 桿件之間的力及力矩遞推算法51-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第四章 焊接機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真53-71
• 4.1 ADAMS軟件介紹53-55
• 4.1.1 ADAMS的主要組件53-54
• 4.1.2 ADAMS仿真步驟54-55
• 4.2 焊接機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真55-63
• 4.2.1 機(jī)械手模型導(dǎo)入ADAMS55-56
• 4.2.2 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真方式的選擇56-58
• 4.2.3 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的實(shí)現(xiàn)58-63
• 4.3 閥體密封面協(xié)同焊接的運(yùn)動(dòng)仿真63-68
• 4.3.1 Solidworks Motion和MATLAB介紹63-64
• 4.3.2 協(xié)同焊接過程虛擬仿真64-66
• 4.3.3 極限焊點(diǎn)處機(jī)械手位姿求解66-68
• 4.4 焊接機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)仿真68-70
• 4.5 本章小結(jié)70-71
• 第五章 焊接機(jī)械手控制方案設(shè)計(jì)及弧焊試驗(yàn)71-82
• 5.1 控制系統(tǒng)總體方案71-77
• 5.1.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成71
• 5.1.2 運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)的工作原理及算法研究71-72
• 5.1.3 獨(dú)立關(guān)節(jié)PID控制72-73
• 5.1.4 控制方案確定73-77
• 5.2 控制系統(tǒng)方案具體實(shí)現(xiàn)77-78
• 5.2.1 EtherCAT主站77-78
• 5.2.2 EtherCAT從站78
• 5.3 機(jī)械手閥體內(nèi)壁密封面焊接試驗(yàn)78-81
• 5.3.1 焊接工作站介紹78-79
• 5.3.2 焊接試驗(yàn)要求與實(shí)施79-81
• 5.4 本章小結(jié)81-82
• 第六章 總結(jié)與展望82-84
• 6.1 總結(jié)82-83
• 6.2 展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果87-88
• 致謝88-89

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 高穎;;�；嘶饳C(jī)組電氣自動(dòng)化軟件系統(tǒng)定位控制方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J];企業(yè)導(dǎo)報(bào);2013年06期

2 趙霄;;加熱爐交叉限制復(fù)雜控制方案設(shè)計(jì)探討[J];石油化工自動(dòng)化;2009年06期

3 文懷興,周剛,夏田;基于DOS/V系列微機(jī)的噴涂機(jī)控制方案設(shè)計(jì)[J];輕工機(jī)械;2003年04期

4 王延年;蘇平;趙瑩;;高爐風(fēng)機(jī)防喘振優(yōu)化控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];西安工程大學(xué)學(xué)報(bào);2008年06期

5 譚興國;劉群坡;王艷;;基于GAL的新型造紙機(jī)同步控制方案設(shè)計(jì)[J];化工自動(dòng)化及儀表;2008年06期

6 葉方威;薛士龍;;基于PCS7的加熱爐控制方案設(shè)計(jì)及實(shí)施[J];化工自動(dòng)化及儀表;2014年05期

7 馬昕;王平;任麗靜;李文博;;基于PCS7的加熱爐綜合控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)施[J];化工自動(dòng)化及儀表;2010年06期

8 周霞;何建忠;陳付;;埋弧自動(dòng)焊系統(tǒng)建模與控制方案設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用;2013年02期

9 喬寧;閻學(xué)文;;基于單片機(jī)的提升機(jī)速度控制方案設(shè)計(jì)[J];科學(xué)之友;2010年19期

10 柳永剛;馬瑞;;基于DCS的FGD脫硫效率控制方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];石油化工自動(dòng)化;2012年05期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 張志虎;張少賢;陳偉;孫德明;賈紅光;;某機(jī)載導(dǎo)彈觀瞄裝置功能演示控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];2009系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

2 柯飆挺;褚健;;一類一階仿射非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方案設(shè)計(jì)[A];1995年中國控制會(huì)議論文集（上）[C];1995年

3 王越勝;王俊;;起爆具生產(chǎn)線中的溫度PID控制方案設(shè)計(jì)[A];浙江省信號(hào)處理學(xué)會(huì)2012學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2012年

4 楊春慧;楊大峰;;HDPE注氧系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)[A];第二十三屆中國控制會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2004年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 曹小兵;脈沖末修迫彈彈道特性分析與控制方案設(shè)計(jì)[D];南京理工大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 孫峰磊;閥門焊接機(jī)械手的機(jī)構(gòu)及控制方案設(shè)計(jì)[D];上海工程技術(shù)大學(xué);2016年

2 徐明慧;連續(xù)聚酯裝置酯化系統(tǒng)建模與控制方案設(shè)計(jì)[D];華東理工大學(xué);2012年

3 王W，

本文編號(hào)：1061089