在用工成本攀升,制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的背景下,串聯(lián)六自由度工業(yè)機(jī)器人以成本低、自動(dòng)化程度高、柔性好、安裝空間小等優(yōu)勢(shì),可作為替換傳統(tǒng)機(jī)械加工單元的智能化加工設(shè)備。相比數(shù)控機(jī)床,機(jī)器人切削加工更易滿足多品種、小批量、現(xiàn)場(chǎng)加工等的現(xiàn)代生產(chǎn)要求。由于串聯(lián)結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致機(jī)器人剛度低,影響了機(jī)器人的加工質(zhì)量和穩(wěn)定性,局限了機(jī)器人切削加工的應(yīng)用范圍。為此,本文針對(duì)機(jī)器人剛度特性展開研究,通過優(yōu)化機(jī)器人銑削過程中的剛度,提升其銑削工藝系統(tǒng)的加工性能。主要研究?jī)?nèi)容有:以KUKA KR60-3型機(jī)器人為研究對(duì)象,通過D-H法建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,對(duì)正、逆運(yùn)動(dòng)進(jìn)行解算和驗(yàn)證。通過矢量積法求解雅克比矩陣,并利用微分算子推導(dǎo)了力和位移的等價(jià)坐標(biāo)變換。對(duì)機(jī)器人進(jìn)行剛度建模,采用靜載荷試驗(yàn)法辨識(shí)了關(guān)節(jié)剛度系數(shù)。通過機(jī)器人末端力橢球定義了剛度性能指標(biāo),實(shí)現(xiàn)對(duì)剛度的定量分析。利用單一空間點(diǎn)剛度最優(yōu)的位姿篩選算法,得到銑削平面內(nèi)各點(diǎn)的最優(yōu)銑削位姿及對(duì)應(yīng)的剛度。通過分析工作空間中銑削平面的剛度分布情況,優(yōu)化了工件的銑削位置和高度。此外發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi),機(jī)器人末端到原點(diǎn)連線的距離可作為快捷估算機(jī)器人剛度的新方法。同時(shí)指出進(jìn)給方向... 

【文章來源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1兩種銑削工藝系統(tǒng)組成對(duì)比圖

。德國弗勞恩霍夫制造技術(shù)與先進(jìn)材料研究所為克服機(jī)器人工作空間的局域性，設(shè)計(jì)了基于Schleicher自驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)機(jī)器人加工系統(tǒng)（圖1.3），避免加工過程中任務(wù)的分隔及重新定位等問題，顯著提高了生產(chǎn)效率[14]。不僅在機(jī)翼這種大型CFRP結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)裝配過程中大量應(yīng)用機(jī)器人，在一些小尺寸的精密零部件加工過程中也有機(jī)器人的身影。如A.Burghardt等學(xué)者將機(jī)器人用于空客A320發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造過程中，利用機(jī)器人銑削擴(kuò)散器邊緣的毛刺，取代了傳統(tǒng)的手工方式，保證了精密加工過程中的可重復(fù)性，提高了產(chǎn)品的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[15]。圖1.2737襟翼銑鉆削平臺(tái)[13]圖1.3移動(dòng)銑削機(jī)器人平臺(tái)[14]在水電領(lǐng)域，法國Alstom公司與加拿大魁北克水電公司（HQ）通過Scompi機(jī)器人對(duì)大型水輪機(jī)的扇葉進(jìn)行銑削拋光處理（圖1.4），以合理的成本獲得了更好的表面光潔度[16]。相類似的是新加坡制造技術(shù)研究所（Gintic）通過機(jī)器人來進(jìn)行噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的修復(fù)工作，設(shè)計(jì)具有被動(dòng)柔順控制及自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)闹悄軝C(jī)器人加工系統(tǒng)進(jìn)行釬焊的去除工作，代替了傳統(tǒng)的人工作業(yè)，有效的提高質(zhì)量[17]。此外，在軌道交通領(lǐng)域，通過機(jī)器人對(duì)軌道車輛門框進(jìn)行銑削[18]；在船舶制造領(lǐng)域，通過機(jī)器人對(duì)船舶管道系統(tǒng)中玻璃鋼管交叉處相貫線進(jìn)行銑削[19]，如圖1.5所示。不僅在制造業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，在非傳統(tǒng)機(jī)械加工領(lǐng)域，如醫(yī)療、藝術(shù)建造等領(lǐng)域也有著亮眼的表現(xiàn)。隨著機(jī)器人技術(shù)、傳感器技術(shù)、圖像視覺技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人銑削逐漸在骨科外科手術(shù)中廣泛應(yīng)用，如整形外科、腦外科、脊椎外科和關(guān)節(jié)外科等手術(shù)過程中[20]，都需要對(duì)骨材料切削加工。各國學(xué)者針對(duì)機(jī)器人銑削骨材料做了深入

第1章緒論3產(chǎn)效率成為首要解決的目標(biāo)，但目前普遍采用的大型龍門加工系統(tǒng)由于成本效益并不利于大規(guī)模的擴(kuò)建，因此，各飛機(jī)制造公司將目光投向了工業(yè)機(jī)器人。美國TriumphAerostructures公司作為商業(yè)航空部件的組裝基地，針對(duì)飛機(jī)襟翼設(shè)計(jì)了基于庫卡機(jī)器人的鉆銑平臺(tái)（圖1.2），取代了未來規(guī)劃新建的龍門銑自動(dòng)加工平臺(tái)，利用西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)通過KUKARobotics提供的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，直接控制機(jī)器人，將運(yùn)動(dòng)控制與過程控制集成到一個(gè)CNC包中，有效的提高了精度和可靠性[13]。德國弗勞恩霍夫制造技術(shù)與先進(jìn)材料研究所為克服機(jī)器人工作空間的局域性，設(shè)計(jì)了基于Schleicher自驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)機(jī)器人加工系統(tǒng)（圖1.3），避免加工過程中任務(wù)的分隔及重新定位等問題，顯著提高了生產(chǎn)效率[14]。不僅在機(jī)翼這種大型CFRP結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)裝配過程中大量應(yīng)用機(jī)器人，在一些小尺寸的精密零部件加工過程中也有機(jī)器人的身影。如A.Burghardt等學(xué)者將機(jī)器人用于空客A320發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造過程中，利用機(jī)器人銑削擴(kuò)散器邊緣的毛刺，取代了傳統(tǒng)的手工方式，保證了精密加工過程中的可重復(fù)性，提高了產(chǎn)品的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[15]。圖1.2737襟翼銑鉆削平臺(tái)[13]圖1.3移動(dòng)銑削機(jī)器人平臺(tái)[14]在水電領(lǐng)域，法國Alstom公司與加拿大魁北克水電公司（HQ）通過Scompi機(jī)器人對(duì)大型水輪機(jī)的扇葉進(jìn)行銑削拋光處理（圖1.4），以合理的成本獲得了更好的表面光潔度[16]。相類似的是新加坡制造技術(shù)研究所（Gintic）通過機(jī)器人來進(jìn)行噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的修復(fù)工作，設(shè)計(jì)具有被動(dòng)柔順控制及自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)闹悄軝C(jī)器人加工系統(tǒng)進(jìn)行釬焊的去除工作，代替了傳統(tǒng)的人工作業(yè)，有效的提高質(zhì)量[17]。此外，在軌道交通領(lǐng)域，通過機(jī)器人對(duì)軌道車輛門框進(jìn)行銑削[18]；在船舶制造領(lǐng)域，通過機(jī)器人對(duì)船舶管道系統(tǒng)中玻璃鋼?

【參考文獻(xiàn)】：
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