抢喷机器人的运动学分析与结构设计

河北工业大学硕士学位论文

第一章绪论 (1)

1.1本课题研究背景 (1)

1.1.1工业机器人发展史 (1)

1.1.2直角坐标机器人的应用特点 (1)

1.2抢喷设备国内外发展现状 (2)

1.3螺纹拧紧方法研究和拧紧工具的现状 (5)

1.4自动控制的拧紧机简介 (6)

1.5本课题的内容及研究意义 (7)

1.5.1本课题内容 (7)

1.5.2本课题的意义 (7)

第二章机械系统设计 (9)

2.1引言 (9)

2.2抢喷机器人研究面临的主要问题 (9)

2.2.1抢喷阀的选择 (9)

2.2.2抢喷作业流程 (10)

2.3机械系统的设计 (11)

2.3.1抢喷机器人技术要求分析 (11)

2.3.2直角坐标机器人布置 (12)

2.3.3抢喷机器人整体结构 (13)

2.4本章小结 (20)

第三章拧紧装置的结构设计 (21)

3.1引言 (21)

3.2螺纹联接的预紧理论 (21)

3.2.1螺纹预紧力 (21)

3.2.2最大预紧力 (22)

3.2.3预紧力与拧紧力矩的关系 (23)

3.3拧紧技术 (24)

3.3.1螺纹拧紧控制方法 (24)

3.3.2扭矩法与扭矩/转角法的比较 (27)

3.3.3控制方法总结 (28)

3.3.4拧紧过程的监控方法 (28)

3.3.5控制方法与监控方法的关系 (29)

3.4抢喷阀拧紧扭矩的计算 (29)

3.5拧紧装置的结构 (33)

3.5.1拧紧机构原理 (33)

3.5.2拧紧机构总体结构 (34)

3.5.3拧紧机构的执行装置 (34)

III

抢喷机器人的运动学分析与结构设计

3.6同步带传动 (35)

3.6.1同步带传动特点 (35)

3.6.2同步带的计算和选型 (36)

3.7抢喷阀放置机构 (38)

3.8最终方案确定 (40)

3.9本章小结 (40)

第四章直角坐标机器人的运动学 (41)

4.1引言 (41)

4.2直角坐标机器人的运动学分析 (41)

4.2.1机器人的运动学方程 (41)

4.2.2机器人运动学逆解问题 (44)

4.3本章小结 (45)

第五章抢喷机器人的力学仿真 (47)

5.1引言 (47)

5.2ANASYS软件介绍 (47)

5.3机器人整体的静力学仿真 (48)

5.3.1网格划分 (48)

5.3.2施加约束和载荷 (49)

5.3.3分析处理 (49)

5.4关键部件的仿真 (50)

5.4.1Y方向支撑板 (50)

5.4.2机械人手臂的静力学分析 (51)

5.4.3Y方向型材静力学分析分析 (52)

5.5抢喷机器人的动力学分析 (54)

5.5.1不同载荷下ADAMS动力学仿真与分析 (54)

5.5.2电机和减速器的选型 (58)

5.5本章小结 (59)

第六章结论与展望 (61)

6.1总结 (61)

6.2展望 (61)

参考文献 (63)

致谢 (67)

河北工业大学硕士学位论文

第一章绪论

1.1本课题研究背景

1.1.1工业机器人发展史

机器人是近几十年内技术发展的一个热点，大量的机器人应用于装配、焊接、喷漆等工业领域，机器人可以在恶劣的环境中从事简单的重复劳动，效率高，精度好，大大提高了整个工业领域的生产效率。由于机器人作业变得更加的高效，而劳动力成本正不断的升高，因此在工业化生产中越来越多的作业更适合应用机器人，这便很好的推动了工业机器人市场发展。另外的一个原因是非经济因素造成的，伴随着机器人技术日新月异的发展，机器人已经可以完成更加危险或是人类不可能完成的工作。

1.1.2直角坐标机器人的应用特点

直角坐标机器人是在国内外大规模工业生产工作中大量使用的一种工业机器人，由于其结构紧凑稳定、运动简单、强度高和不产生奇异状态，使得直角坐标机器人广泛的应用于搬运、焊接、检测、包装、打码等领域[1]。直角坐标机器人是以空间内的XYZ直角坐标系统为数学模型，伺服电机或步进电机为驱动的单轴机械臂为基本的工作单元，其中以滚珠丝杠、同步带、齿轮齿条为常用的传动方式，以此来架构起机器人系统，在空间内三维坐标系中任意一点能够遵循可控的运动轨迹。

工业用直角坐标机器人多采用以PLC或单片机作为运动控制来实现对直角坐标机器人的驱动及编程控制。空间内的曲线、直线等运动轨迹的生成为多点插补方式。操作和编程方式则多为引导示编程方式和坐标位置示教方式。

直角坐标机器人的应用特点：

1.机器人在空间内每个运动自由度之间的空间夹角都为直角；

2.机器人一般由控制系统，驱动系统，机械系统，操作工具等组成；

3.高可靠性，高速度，高精度；

4.机器人工作灵活，可根据不同要求改变操作工具；

5.结构简单可靠，可用于恶劣的工作环境且操作维修简单。