一种切削加工机器人模块化结构设计及加工轨迹仿真

摘要

数控机床和工业机器人出现在20世纪50年代。经过50多年的研究开发，国内外取得了很多的研究成果，但存在的问题与不足依然不少。本文通过分析数控机床和工业机器人，针对它们所存在的问题和不足，提出了基于串联机构的新型切削加工设备——切削加工机器人。 1.在分析现有工业机器人刚性差、精度低的基础上，设计出一种新型的串联切削加工机器人。采用模块化设计技术，设计了五种基本功能模块，根据加工对象的要求可快速地组合成多种不同的结构型式。并且对各模块主要零部件进行了设计。该切削加工机器人不仅具有机器人一样灵活的柔性，而且具有金属切削机床一样的刚性，特别适合于空间自由曲面的加工与测量等。在表面形成原理和坐标变换的基础上，建立了切削加工机器人的关联加工系统数学模型，给出了切削加工机器人关联矩阵加工方法。根据关联矩阵加工方法，给出了一些常用表面的加工算法。 2.ADAMS是目前著名的虚拟样机分析软件，Pro/ENGINEER是当今最为流行的CAD/CAM软件之一。通过Mechanism/Pro模块，两种软件可以实现无缝连接。本文用Pro/E对切削加工机器人进行建模，通过ADAMS模拟仿真了端铣刀立铣平面的切削加工，验证了切削加工机器人的可靠性和关联矩阵加工方法的正确性。为控制和数控编程提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外数控机床发展概况

1.2.1国外数控机床发展状况

1.2.2国内数控机床发展状况

1.3国内外工业机器人发展概况

1.3.1国外工业机器人发展状况

1.3.2国内工业机器人发展状况

1.4本课题研究的意义及主要研究内容

1.4.1数控机床和工业机器人存在的问题

1.4.2本课题的意义

1.4.3本文的主要内容及安排

第二章切削加工机器人模块化结构设计

2.1引言

2.2现有切削加工机器人的结构分析

2.3切削加工机器人的可重构模块化设计

2.3.1可重构模块化设计概述

2.3.2切削加工机器人的可重构模块化设计

2.4基于Pro/E的切削加工机器人模块化设计

2.4.1 Pro/E简介

2.4.2切削加工机器人各个模块的设计

2.5切削加工机器人的运动功能方案的设计方法

2.5.1切削加工机器人运动功能的设计条件确定

2.5.2运动功能方案的规划设计方法

2.6切削加工机器人的总体结构方案设计

2.7切削加工机器人的结构布局

2.8切削加工机器人关键部件的设计

2.8.1谐波传动

2.8.2关节结构设计

2.8.3立柱滑台的设计

2.9新型切削加工机器人的刚性和误差分析

2.9.1刚性分析

2.9.2误差分析

2.10用BP算法补偿定位误差的研究

2.10.1概述

2.10.2影响机器人定位误差的分析

2.10.3定位误差补偿的神经网络模型

2.11小结

第三章切削加工机器人数学模型的建立及运动学分析

3.1引言

3.2机器人运动学研究发展概况

3.3基础知识

3.3.1杆件关节的D-H表示法

3.3.2杆件坐标变换及运动学方程

3.3.3切削加工机器人齐次坐标变换

3.3.4机器人运动学正逆解算

3.4关联矩阵加工方法

3.4.1机器人坐标变换过程的封闭性

3.4.2切削加工机器人关联矩阵加工数学模型的建立

3.4.3关联矩阵加工方法

3.5小结

第四章切削加工机器人车铣平面加工方法研究

4.1引言

4.2车铣技术简介

4.2.1车铣技术的发展历史和现状

4.2.2车铣技术的特点

4.3平面加工方法研究

4.3.1加工表面形成方法

4.3.2铣刀的选用

4.3.3圆柱形铣刀加工平面的方法

4.3.4端铣刀立铣加工平面的方法

4.4小结

第五章切削加工机器人的三维几何造型和加工轨迹仿真

5.1引言

5.2 ADAMS和Mechani sm/Pro模块简介

5.2.1 ADAMS简介

5.2.2 Mechani sm/Pro模块简介

5.3仿真实例

5.3.1端铣刀立铣加工平面的方法

5.3.2仿真思路

5.3.3在Pro/E中创建端铣刀立铣平面三维模型

5.3.4在Mechani sm/Pro模块中对装配图的设计

5.3.5在ADAMS中的结构造型

5.3.6仿真演示

5.4小结

第六章全文总结

6.1全文总结

6.2进一步的研究工作和展望

致 谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果及科研情况