復(fù)雜環(huán)境下可移動鑄造機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析
發(fā)布時間：2020-04-08 03:16
【摘要】：鑄造在工業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位,鑄件已被普遍應(yīng)用于航空、航天、汽車、電子等領(lǐng)域,機器人技術(shù)在鑄造行業(yè)的應(yīng)用是實現(xiàn)綠色鑄造、智能鑄造的關(guān)鍵舉措,但現(xiàn)采用的串聯(lián)機器人普遍存在負載小、誤差較大以及柔性度不足等缺陷,工作范圍受到嚴重限制,難以滿足中大型鑄件和異型鑄件的作業(yè)要求。本文提出以混聯(lián)機構(gòu)為主體結(jié)構(gòu)的移動式鑄造機器人,可同時滿足工作范圍靈活,負載大和定位精度高等要求。確定了移動式鑄造機器人的總體結(jié)構(gòu)和作業(yè)原理,運用螺旋理論求解并聯(lián)工作臂的運動自由度,確定2RPU-2RRPR并聯(lián)工作臂可實現(xiàn)一平移兩轉(zhuǎn)動三自由度運動,根據(jù)驅(qū)動副選取原則確定四個移動副作為主動副�；谑噶糠匠谭ń�2RPU-2RRPR并聯(lián)工作臂輸入和輸出之間的位置方程,運用MATLAB得到不同運動狀態(tài)下各個桿長隨時間的位移變化曲線,并結(jié)合ADAMS虛擬仿真證明了數(shù)值計算與仿真結(jié)果的正確性。在運動學(xué)位置反解的基礎(chǔ)上,通過求導(dǎo)法得到并聯(lián)工作臂驅(qū)動副與動平臺的速度和加速度之間的映射關(guān)系,根據(jù)雅克比矩陣的降秩類型,分別計算三類奇異位形發(fā)生的幾何條件,為鑄造機器人運動中奇異的規(guī)避提供理論基礎(chǔ),同時,基于蒙特卡洛法得到了并聯(lián)工作臂在執(zhí)行澆注作業(yè)時工作空間的三維圖和截面圖�；谔摴υ矸ǚ治隽似胶鉅顟B(tài)下驅(qū)動力和負載之間的映射關(guān)系,建立了重力作用下的力學(xué)模型,運用拆桿法得到上下鉸鏈受到的約束力;求出慣性力作用下并聯(lián)工作臂動力學(xué)方程,通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和理論計算搭建鑄造機器人實驗樣機�；赥RIZ理論設(shè)計一種鑄造機器人全向多指異步抓手,完成異型鑄件和中大型鑄件的搬運和抓取任務(wù),運用ANSYS Workbench對抓手進行靜力學(xué)和模態(tài)分析,完成部分結(jié)構(gòu)與尺寸優(yōu)化,為抓手樣機設(shè)計和制造提供依據(jù)。最后,通過鑄造機器人實驗樣機完成相關(guān)實驗,驗證了理論計算和模擬仿真的正確性。圖[80]表[8]參[86]
【圖文】：
鑄造是通過高溫使金屬熔化獲取金屬液體，再把液體金屬通過澆注、壓射等方式將其注入與鑄件質(zhì)量、體積和外輪廓等相適應(yīng)鑄件型腔內(nèi)，等待其降溫、冷卻、凝固過后而獲取零件的工藝方法。鑄造工藝是制造業(yè)中最重要的生產(chǎn)技術(shù)之一，與機加工、鍛造等加工工藝相比，，鑄造可以遠遠降低生產(chǎn)的成本，且能夠?qū)崿F(xiàn)其他加工無法完成的工藝過程，無論是結(jié)構(gòu)復(fù)雜或是形狀輪廓不規(guī)整的零件都能通過鑄造的方式獲得，且通常不會被零件的體積大小影響，適應(yīng)性強，目前，鑄件已經(jīng)在機械、航空、汽車、船舶、鐵路和兵器等各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1]，其發(fā)展的水平不僅影響到整個裝備生產(chǎn)的效率，而且直接關(guān)乎于零件產(chǎn)品的質(zhì)量，是國家經(jīng)濟甚至是全球經(jīng)濟的重要組成部分。近年來，鑄造業(yè)大力發(fā)展，我國的鑄件產(chǎn)量早已經(jīng)名列世界首位，超過了全球總量的 40%左右，但是出口量僅僅約為 10%左右，反映出我國鑄造整體技術(shù)水平和先進國家還有一定的差距[2-3]，主要的原因包括鑄件的質(zhì)量較差、鑄造工藝和裝備落后等[4]，圖 1-1 表示的是鑄件在不同領(lǐng)域內(nèi)所占有的比例，圖 1-2 表示的是不同材料的鑄件比率，圖 1-3 表示的是 2002 年至 2017 年鑄件變化規(guī)律。
圖 1-2 不同材質(zhì)鑄件比例圖Fig.1-2 Scale diagram of castings of different materials前，鑄造行業(yè)主要多數(shù)采用以人工為主的方式完成作業(yè)任務(wù)，勞動源耗費大，且工作效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差和精度不足，嚴重影響到零同時鑄造生產(chǎn)環(huán)境惡劣，存在高溫、高粉塵等威脅人身安全的危險環(huán)人在鑄造領(lǐng)域中的推廣與應(yīng)用不僅可以解放繁重的勞動力，還提高改善產(chǎn)品質(zhì)量[6-7]。圖 1-4 表示人工澆注作業(yè)現(xiàn)場，圖 1-5 表示鑄造場景。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TG233;TP242
【圖文】：
鑄造是通過高溫使金屬熔化獲取金屬液體，再把液體金屬通過澆注、壓射等方式將其注入與鑄件質(zhì)量、體積和外輪廓等相適應(yīng)鑄件型腔內(nèi)，等待其降溫、冷卻、凝固過后而獲取零件的工藝方法。鑄造工藝是制造業(yè)中最重要的生產(chǎn)技術(shù)之一，與機加工、鍛造等加工工藝相比，，鑄造可以遠遠降低生產(chǎn)的成本，且能夠?qū)崿F(xiàn)其他加工無法完成的工藝過程，無論是結(jié)構(gòu)復(fù)雜或是形狀輪廓不規(guī)整的零件都能通過鑄造的方式獲得，且通常不會被零件的體積大小影響，適應(yīng)性強，目前，鑄件已經(jīng)在機械、航空、汽車、船舶、鐵路和兵器等各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1]，其發(fā)展的水平不僅影響到整個裝備生產(chǎn)的效率，而且直接關(guān)乎于零件產(chǎn)品的質(zhì)量，是國家經(jīng)濟甚至是全球經(jīng)濟的重要組成部分。近年來，鑄造業(yè)大力發(fā)展，我國的鑄件產(chǎn)量早已經(jīng)名列世界首位，超過了全球總量的 40%左右，但是出口量僅僅約為 10%左右，反映出我國鑄造整體技術(shù)水平和先進國家還有一定的差距[2-3]，主要的原因包括鑄件的質(zhì)量較差、鑄造工藝和裝備落后等[4]，圖 1-1 表示的是鑄件在不同領(lǐng)域內(nèi)所占有的比例，圖 1-2 表示的是不同材料的鑄件比率，圖 1-3 表示的是 2002 年至 2017 年鑄件變化規(guī)律。
圖 1-2 不同材質(zhì)鑄件比例圖Fig.1-2 Scale diagram of castings of different materials前，鑄造行業(yè)主要多數(shù)采用以人工為主的方式完成作業(yè)任務(wù)，勞動源耗費大，且工作效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差和精度不足，嚴重影響到零同時鑄造生產(chǎn)環(huán)境惡劣，存在高溫、高粉塵等威脅人身安全的危險環(huán)人在鑄造領(lǐng)域中的推廣與應(yīng)用不僅可以解放繁重的勞動力，還提高改善產(chǎn)品質(zhì)量[6-7]。圖 1-4 表示人工澆注作業(yè)現(xiàn)場，圖 1-5 表示鑄造場景。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TG233;TP242
【參考文獻】
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1 王成軍;陳孝U
本文編號：2618808
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