基于SolidWorks六自由度焊接机械手三维运动模拟[SW][动画仿真]【10张图/15000字】【优秀机械毕业设计论文】

文档包括:
说明书一份。38页，15000字。
任务书一份。
开题报告一份。
中期汇报表一份。
PPT答辩稿一份。
SW图一份。

图纸共10张，如下所示
A1-装配图.dwg
A4-大臂.DWG
A4-小臂.DWG
A4-手抓.DWG
A4-摆动手腕.DWG
A4-旋转手腕.DWG
A4-机座.DWG
A4-机座盖板.DWG
A4-机身.DWG
A4-转台.DWG

摘要
本文以六自由度焊接机械手部的三维运动仿真为背景。介绍了国内外焊接机器人的发展状况并着重分析了六自由度焊接机械手运动原理和三维制图软件SolidWorks的应用，在此软件基础上对手部进行了绘制，运动分析和动画模拟。对于SolidWorks制图软件主要介绍了其产生和发展的历史以及应用前景，具体介绍了零件三维制图的操作方法和运动过程，展示了SolidWorks强大的运动仿真功能。重点分析了六自由度机械手的三维建模和建模后运动轨迹规划的实现

关键词：SolidWorks ; cosmosmotion ; 三维运动模拟; 动画模拟

Abstract

In this paper, welding robot of six degrees of freedom of hand motion simulation for the three-dimensional background. Welding robot at home and abroad and focus on the development of analysis of the welding robot of six degrees of freedom of hand movement and three-dimensional mapping principle SolidWorks software applications based on this software in the department of drawing opponents, motion analysis and animation simulation. Mapping software for SolidWorks introduces the emergence and development of its history and application specific parts introduced the method of operation of three-dimensional graphics and motion simulation of the operation of plug-ins COSMOSMotion process, demonstrated the powerful movement SolidWorks simulation. Analysis focused on the six degrees of freedom robot arm
modeling of three-dimensional modeling and trajectory planning, after the realization of

Key words: :SolidWorks ; cosmosmotion ; simulation of 3D motion ; Animated Simulation 

目录
摘要 Ⅰ
前言 1
第1章 焊接机器人概述 2
1.1 焊接机器人的发展 2
1.1.1 国外焊接机器人的发展 2
1.1.2 国内焊接机器人研究的历史及现状 3
1.1.3 焊接机器人应用现状 3
1.1.4 焊接机器人的发展趋势 4
1.2 焊接机械手的组成、分类 4
1.2.1 组成 4
1.2.2 分类 6
1.3 基本型式 7
1.3.1 直角坐标式机械手 7
1.3.2 圆柱坐标式机械手 7
1.3.3 关节式机械手 8
第2章 计算机辅助设计和SolidWorks软件的发展 9
2.1 计算机辅助设计的发展 9
2.2 软件的特点及前景 9
2.3 COSMOSMotion的应用及特点 10
第3章 焊接机械手的设计思想 12
3.1 机械手特性方程式 12
3.2 手臂的设计计算 14
3.2.1 驱动力的计算 14
3.2.2 水平回转时驱动力矩的计算 14
3.2.3 偏重力矩的计算 15
3.2.4焊接机械手各零部件的设计 16
第4章 三维实体建模 25
4.1 模拟方案的确定 25
4.2 仿真实体的绘制 26
4.3 简单数学模型的建立 26
4.4 模拟加载与仿真 28
4.4.1 仿真模拟的实现 28
4.4.2 进行运动校核 30
4.4.3 结语 30
总结 31
参考文献 32
致 谢 33

毕业论文（设计）的内容摘要

此次设计主要是围绕焊接机械手设计展开的，利用SolidWorks三维画图软件完成各个零件绘制并对其进行动画模拟。
毕业论文（设计）基本要求及工作量要求

（1）查阅机器人技术相关文章和机构，了解国内外焊接机器人的应用和发展。
（2）画出六自由度焊接机械手部装配图。
（3）应用solidworks对机械手部分进行三维运动。
（4）用COSMOSMotion软件对其进行仿真

毕业论文（设计）的主要阶段计划（分前期、中期、后期）
前期 方案论证，确定方案，完成调研报告、开题报告和外文翻译；
中期 主要零部件设计，绘制三维零件图，按学院规定的统一规范化要求撰写设计说明书（完成初稿）；
后期 审查设计 准备答辩；毕业答辩； 修改毕业设计。
文 献 综 述
一 焊接机器人概述
进入90年代以来，随着国民经济的迅速发展，一些骨干企业加紧进行技术改造，
用先进的设备武装自己，在机械制造中焊接机器人的数量也急剧增多，形成一股“机器人热”。为此，中国焊接学会和协会曾对我国焊接机器人在生产中的应用情况进行过一次调查。在调查报告中详细介绍了截止到1996年底我国焊接机器人的数量、分布情况、
产品对象、应用水平与效果。根据这些情况我国分析了推动企业在生产中应用焊接机器人的趋动力，以及当前应用中的主要经验和问题，提出了今后我国焊机机器人应用的发展趋势及需要解决的几个问题。
二 焊接机器人的优点
1、机器人焊接可以提高生产效率
OTC六轴焊接机器人响应时间短，动作迅速，焊接速度在60～120cm/分钟，这个速度是远高于手工焊接（40～60cm/分钟），机器人在运转过程中不停顿不休息，但是工人上班时是不可能做到不停顿不休息，同时工人的工作效率也受到心情等因素影响，工人会请假、发呆、聊天，加班要给加班工资，而机器人就没有上述问题，只要保证外部水电气等条件，就可以持续工作，OTC六轴机器人性能稳定，可以做到10年无故障。这就无形中提高了企业的生产效率。
2、机器人焊接可以提高产品质量
OTC六轴焊接机器人机器人焊接过程中，只要给出焊接参数，和运动轨迹，机器人就会精确重复此动作，焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度等对焊接结果起决定作用。采用机器人焊接时对于每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人的因素影响较小,降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是变化的，因此很难做到质量的均一性。 从而保证了我们产品的质量。
3、机器人焊接可以降低企业成本
OTC六轴机器人降低企业成本主要体现在规模化生产中，一台机器人可以替代2到4名产业工人，根据企业具体情况，有所不同。机器人没有疲劳，一天可24小时连续生产，另外随着高速高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，成本降低的更加明显。 
4、机器人焊接容易安排生产计划
由于机器人可重复性高，只要给定参数，就会永远按照指令去动作，因此机器人焊接产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。准确的生产计划可应使企业的生产效率、资源的综合利用做到最大化
5、机器人焊接可缩短产品改型换代的周期,及相应的设备投资
机器人焊接可缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是他可以通过修改程序以适应不同工件的生产。
在产品更新换代时只需要从新根据更新产品设计相应工装夹具，机器人本体不需要做任何改动，只要更改调用相应的程序命令，就可以做到产品更新，和设备更新。
6、机器人焊接可以把工人从各种恶劣环境解救出来
焊接现场温度高，空气质量差，还存在辐射问题，这些都严重影响了工人的身心健康，用机器人焊接就不存在上述问题了，只需要上下料操作就可以，从而使工人摆脱恶劣的焊接环境。
7、机器人焊接可以提高企业形象
机器人几乎是高科技的代名词，代表着工业自动化的最高水平，先进的生产设备，体现现了企业先进的加工能力和科研能力，使我们的企业形象上升了一个台阶，使客户更加信赖我们，从而提高我们企业的竞争力。
三 焊接机器人发展趋势 
目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。从机器人技术
发展趋势看，焊接机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向发展。具
体而言，表现在如下几个方面： 
1) 机器人操作机结构：
通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，实现机器人操作机构的
优化设计。
2） 探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比。例如，以德国KUKA公
司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构，拓展了机器人
的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的
RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。 
3） 机构向着模块化、可重构方向发展。例如，关节模块中的伺服电机、减速机、
检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模
块化装配机器人产品问市。 
4） 机器人的结构更加灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。
采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术
的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。意大利COMAU公司，日本
FANUC等公司已开发出了此类产品。

四 应用SolidWorks进行三维设计的优势:
设计过程直观简便SolidWorks三维设计直接从三维模型入手，省去了三维与二维之间的转化。设计者可以方便地通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列、钻孔等操作不断改变其结构，最终完成全部零部件的设计。建立模型时，SolidWorks对每个特征尺寸自动赋值，这些数值可随时更改。由于SolidWorks的参数设计功能，实体模型将随特征尺寸数值的变化重新生成，因此修改非常方便。与传统的工业设计相比，Solidworks在设计方法、设计过程、设计质量和设计效率等各方面都发生了质的变化，它涉及了CAD技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技术、敏捷制造、优化技术、模糊技术、人机工程等许多信息技术领域，是一门综合的交叉性学科。
五 参考文献：
[1]方建军，刘仕良．机械运动仿真与工程分析[M]．北京 化学工业出版社，2004． 
[2]蔡子兴．机器人学[M]．北京：清华大学出版社，2000．
[3]潘宪曾．压铸模设计手册[K]．北京：机械工业出版社，1999．
[4]范玉清，冯秀娟．CAD软件设计[M]．北京：北京航空航天大学出1996
[5]胡仁喜.SolidWorks2005机械设计及实例解析[M].北京:机械工业出版社,2005.
[6]生信实维有限公司.SolidWorks.软件—工业设计师的利器[J].现代制造,2003,
[7]江洪 杨勇 乔兰东 等.Solidworks实例解析-曲线、曲面、信真、渲染[M].北京:机械工业出版社,2005..
[8]潘云鹤，机辅助工业设计技术发展状况与趋势[J]，计算机辅助设计与图形学学报，1999，11
[9]张伯鹏，先进制造技术基础研究现状及发展趋势，机械工程，1997，8
[10]张铁，谢存禧主编.机器人学，第一版，华南理工大学出版社，2001，9、45-47
[11]吴广玉，姜复兴主编.机器人工程导论，第一版，哈尔滨工业大学出版社，1988
[12]熊有伦，丁汉，刘恩沧主编，机器人学，第一版，机械工业出版社，1993
[13]崔正昀主编.机械设计基础，第一版，天津大学出版社，2000
[14]费仁元，张慧慧主编.机器人机械设计和分析，第一版，北京工业大学出版社，1998
[15]宗光华主编.机器人的创意设计与实践，第一版，北京航空航天大学出版社，2004

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
２．本课题要研究或解决的问题和你采用的研究手段（途径）：
我设计的是用solidworks软件模拟六自由度焊接机器人的三维运动。
研究方法大致分为三步：1 三维实体建模。其中包括模拟方案的确定和仿真实体的绘制。2 简单数学模型的建立。3 模拟加载与仿真。包括仿真模
拟的实现和进行运动校核。从三维模拟方案出发，阐明了利用SolidWorks
实现机器人运动模拟的有效方法，从SolidWorks的方法重点分析了六自由度机器人的三维实体模型的构建过程，模拟运动过程同时建立简单数学模型设定模型系数后得到运动数据图，从而为进一步改进打下数据基础。