辅助电解加工机器人动力学仿真分析任务书

2014 届毕业设计（论文）开题报告 二级学院： 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 职 称： 未定职级 课题名称 辅助电解加工机器人动力学仿真分析 课题类型 毕业设计 毕业论文 起止时间 3-18 周 一、 毕业设计课题来源、现状 本课题的来源 : 校级科研基金项目面向冗余双 臂工业机器人的高精度位姿测量视觉系统研究。 项目编号：YN1301。 本课题的发展现状： 电解加工诞生于上世纪五十年代， 属于电化学加工，是继电火花加 工之后发展较快，应用较广的一种特殊加工技术。 电解加工的原理是 利用金属中含有的其他元素或杂质，接触电解液后会形成许多“微电池”而放电，从而形成电化学腐蚀来去除工件材料的一种特殊加工方法。加工时以工件为阳极，工具电极为阴极。在两极之间狭窄的间隙内强迫电解液通过，与此同时，两极之间施加直流压，由于电化学反应的作用，靠近电极导电端的工件毛刺及棱角处电流密度最高，从而毛刺 很快被除掉，棱边也形成圆角 ，最终 顺利 完成 对一个 工件 从毛坯到零件 加工 的整个过程 。电解加工技术 首先在炮管膛线和航空发动机涡轮叶片的加工中得到应用，六七十年代得到高速发展和巩固提高 ，并 取得了显著的技术经济效果。据统计，从 1960年的 15%到 1975年的 45%，电解加工在难切削材料加工中所占的比例增加两倍。八九十年代在某些领域得到了新的应用，其应用要求也越来越高。进入新世纪以来，辅助 电解加工技术日渐成熟。高速发展的高新科技和电解加工融 合，实现了 从一般加工到精密加工的突破。由于很多加工无法实现沿最优进给路线 进行加工，缺乏对加工间隙的有效监控，难以在恒定的小间隙条件下进行加工，所以导致加工精度较低，还有一些缺乏有效的阴极设计方法，采用反拷法或“试凑法”来制造阴极，导致电解加工精度偏低。为了解决这些问题，超声辅助电解加工、磁场辅助电解加工等加工方式成为主流，他们能够改善加工区状态，解决加工过程中电解产物的排出，提高去除效率；改善电解加工间隙流场，提高加工精度等。然而这些辅助方式同样存在某些问题，例如灵敏度偏低、辅助繁琐等，在此基础上笔者考虑采用一种新型装置来辅助电解加工 机器人辅助电解加工。本课题的提出依赖于机器人对工作 环境的感觉和自主适应能力，利用机器人自身的检测与定位功能，辅助电解加工时加工间隙的检测 ， 从而精确的维持恒定的小间隙，保证电解加工的顺利进行，使加工工艺更合理，质量更稳定，加工效率更高。 考虑将机器人引入电解加工技术，不仅仅是一种创新，更是一种挑战。虽然我国的机器人研究开发与应用已经取得了一定的成绩，但总的来看，我国的机器人技术及其工程应用的水平和国外的相比还有一定的距离，无论从机器人的数量还是技术上，我们都有一定的差距，因此我们需 要自主发展机器人高技术、解决产业化前期的关键技术，积极推进我国的机 器人产业化进程。 另一方面，本课题的关键词是机器人动力学 的仿真 分析，所以研究方向是机器人的动力学，SJ003-1 因此计算机仿真技术的利用是必不可少的，利用该技术可以进行一些动力学仿真实验。 本课题采用 ADAMS 软件对机械进行动力学仿真， 如果不利用 ADAMS 软件进行仿真 而是在现实中完成这些实验，可能耗资不菲，而且需要花费大量的时间。通过 ADAMS 的仿真 可以在动态的合成环境中尝试一些轨迹规划和控制策略，例如控制电解加工时的加工间隙等，从而确定机器人控制系统的品质。机器人动力学仿真就是在计算机内部建立某种动力学模型，根据这种模型 对机器人运动范围内的典型状态进行动力学计算和分析，从而进行合理的轨迹规划。为了达到这个目的，需要把机器人本体和机器人所在的作业环境抽象为某种模型，并且必须对人们所涉及的机器人动作进行动力学仿真。 因此研究本课题是具有可行性的。 二、 设计要求 1. 利用 Pro/E 软件建立机械 手 的三维模型； 2. 采用拉格朗日方法建立机械手 的 动力学模型； 3. 利用 ADAMS 软件对机械 手 进行动力学仿真， 得出各 个关节各种参数（力矩，角速度等） 。 4. 利用仿真出的各项数据，合理规划机器人的运动轨迹，完成整个电解加工过程。 三、 工作内容 根据建立好的 6 自由度三维机器人模型，利用 ADAMS 软件 对机器人 进行动力学分析，得出各个关节的力矩、速度、加速度和角速度等， 确定各关节运动与作用力矩（力）之间特别是对工件作用力的关系，面向电解加工，利用机器人辅助进行加工间隙的检测控制，或者 进行机械辅助隔离，保护某些加工部位，利用其自身的检测与定位功能，顺利完成电解加工过程。设计期间，进行 ADAMS 的深入学习，结合数学分析，实验处理，加快模型动力学分析，为完成后期 毕业论文 的撰写 工作 做 好 铺垫。 四、 设计方案 本课题 因将机器人引入电解加工技术，辅助机器人进行加工间隙的检测，进行合理的轨迹规划，所以要 考虑利 用 某种 软件 来 对 机器人 进行 动力学仿真， 笔者 考虑 选用 ADAMS 软件参与仿真。ADAMS,即机械系统动力学自动分析 ,该软件是美国 MDI 公司开发的虚拟样机分析软件 .目前 ,ADAMS 己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用 。 在本课题中 ,ADAMS 软件 可以 创建完全参数化的机械系统几何模型 ,笔者可以利用 其求解器采用多刚体系统动力学理论中的 拉格朗日 方程方法 ,建立 机械手的 动力学方程 ,从而对机械手 进行动力学分析 ,求得 输出位移 ,速度 ,加速 度和反作用力曲线 等 。 另一方面，笔者利用 ADAMS 软件的仿真 功能 来 预测机械系统的性能 ,运动范围 ,碰撞检测 ,峰值载荷等 ， 为选择最优的机器人轨迹路线做好铺垫 。 五、 技术路线 1. 采用拉格朗日方法建立机械手 的 动力学模型； 2. 利用 ADAMS 软件对机械 手 进行动力学仿真； 3. 利用 6 自由度机器人 具有 的检测、定位等功能，将其引进电解加工技术，完成电解加工过程 。 六、 预期目标 1. 实现机器人对电解加工过程的辅助； 2. 15000 个字符的外文资料翻译一份 ； 3. 毕业论文一份 。 七、 时间安排 第 3-4 周：课题调研，收集与课题相 关的设计资料，深入了解与熟悉课题，撰写开题报告； 第 5-6 周：翻译英文资料，深入学习 ADAMS 软件； 第 7-9 周： 将三维模型 参数导入 ADAMS 软件，并对该机器人进行初步的动力学仿真分析； 第 10-11 周：进行动力学模型实验，将实验数据与软件数据进行分析整合 ； 第 12-15 周：对机器人辅助电解加工过程进行再一次的 动力学仿真分析，并整理分析数据； 第 16-17 周： 撰写 毕业论文 ； 第 18 周：答辩准备 。 八、 参考文献 1 王建业 ,徐家文 .电解加工原理及应用 M.北京 : 国防工业出版社 , 2001. 2 熊有伦 .机器人技术基础 M.武汉 : 华中科技大学出版社 , 1996. 3 吴振彪 .工业机器人 M.武汉 : 华中科技大学出版社 , 1997. 4 霍伟 .机器人动力学与控制 M.北京 : 高等教育出版社 , 2005. 5 韩建海 .工业机器人 M.华中科技大学出版社 , 2012. 6 宋伟刚 .机器人学 运动学、动力学与控制 M.北京 : 科学出版社 , 2007. 7 罗志增 ,蒋静坪 .机器人感觉与多信息融合 M.北京 : 机械工业出版社 , 2002. 8 郝海青 .串联 关节式机械手的控制系统分析与设计 D.西安 : 西安交通大学机械工程学院 , 2002. 9 郭祖华 ,陈五一 ,陈鼎昌 .6-UPS 型并联机构的刚体动力学模型 J.机械工程学报 ,2002. 10 黄真 ,孔令富 ,方跃法 .并联机器人机构学理论及控制 M.北京 : 机械工业出版社 ,1997. 11 李增刚 .ADAMS 入门详解与实例 M.北京 : 国防工业出版社 , 2006. 12 李 军 ,邢俊文 ,覃文 杰 ,等 .ADAMS 实例教程 M.北京 : 北京理工大学出版社 , 2002. 13 叶长龙 .工业机器 人的运动学及动力学研究 M.沈阳工业大学 ,2002. 14