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集装箱波纹板焊接机器人机构运动学分析及车体结构设计【12张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书+答辩稿】

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十字滑块支架.dwg

摆动关节.dwg

摆动关节支板.dwg

焊枪夹具.dwg

电机夹具.dwg

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移动小车装配图.dwg

车体.dwg

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关键词：: 集装箱波纹板焊接机器人机构运动学分析车体结构设计集装箱波纹板焊接 cad图纸毕业论文开题报告集装箱波纹板焊接机器人机构运动学分析外文翻译任务书答辩

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集装箱波纹板焊接机器人机构运动学分析及车体结构设计

43页 12000字数+论文说明书+任务书+12张CAD图纸【详情如下】

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1 绪论 1

1.1 选题的依据及意义 1

1.2 研究现状及发展趋势 1

1.3 本课题的研究设计内容及方法 3

1.4 课题的完成情况 5

2 焊接机器人机构运动学分析 6

2.1 运动学分析数学基础-齐次变换（D-H变换） 6

2.2 变换方程的建立 7

2.3 运动学分析处理方法 9

2.4 逆解过程 10

2.5 本章小结 28

3 结构设计 30

3.1 小车行走结构设计 30

3.2 摆动关节电机选择 36

3.3 本章小结 36

结束语 38

致谢 39

参考文献 40

附录 41

毕业设计说明书（论文）中文摘要

随着工业水平的发展,重要的大型焊接结构件的应用越来越多,其中大量的焊接工作必须在现场作业,如集装箱波纹板焊接机器人、大型舰船舱体、甲板的焊接、大型球罐(储罐)的焊接等。而这些焊接场合下，焊接机器人要适应焊缝的变化，才能做到提高焊接自动化的水平。无疑,将机器人技术和焊缝跟踪技术结合将有效地解决大型结构件野外作业的自动化焊接难题。因此机器人的设计对于解决这一难题至关重要。

本课题主要完成机器人运动学的逆解、车体的总体设计、电机的选择等方面。主要从机器人运动学逆解的角度完成一个周期内的运动学逆解，求出三个关节应按照什么运动规律进行运动，还有三个关节的运动之间的函数关系，进而完成对整个机器人的总体设。通过对小车的受力分析完成对车轮、车体的设计。根据实际操作中遇到的问题对完成对电机的选择。最后对所选的齿轮进行校核，使之能完成具体的操作要求。

关键词机器人技术机构设计运动学逆解强度校核

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Robot developt

Abstract

With the development of industrial level, it is important to large-scale structure of the application of welding more and more, including a large number of welding operations must be at the scene, such as robot welding corrugated containers, large ship cabin, the deck of the welding, a large spherical tank (tank), such as welding. These welding occasion, the welding robot to adapt to changes in weld, welding can be done to improve the level of automation. There is no doubt that technology and robot seam tracking technology to effectively solve large-scale structure of the automation field welding problems. Therefore the design of the robot is essential for the solution to this problem.

The main subject of the completion of the robot inverse kinematics solution, the body design, the choice of motor and so on. The main robot inverse kinematics from the perspective of a cycle through the end of the known actuator position posture against the solution of the coordinates of the joints, and then completed the whole set up of the robot. Force analysis of the completed car wheels, car body design. According to the actual problems encountered in the operation of the completion of the motor choice. Finally, the gear selected for verification, so that it can complete the specific operating requirements.

Keywords Robot technology Organization is designed The kinematics goes against solution he intensity is proofreaded

1 绪论

1.1 选题的依据及意义

这里介绍该课题的选题背景，以及完成该课题的意义。

1.1.1 选题的依据

针对集装箱波纹板焊接自动化水平低的现状：目前用于焊接集装箱侧板与顶侧梁、底侧梁的自动焊专机，由于在焊接过程中，焊枪不能随波形的变化调整与焊枪速度的夹角（焊接工艺参数也未有变化），如图1.1所示，在直线段与在波内斜边段，焊接速度方向恒为水平向右，而焊枪与焊缝保持垂直，故焊枪与焊接速度的夹角不能保持恒定，直接导致在直线段的焊缝成形与在波内斜边段的焊缝成形不能保持一致，进而导致在直线段焊接与在波内斜边段焊接的焊缝的质量不一样，进而制约集装箱的生产质量[1]。

图1.1 集装箱波纹板示意图

1.1.2 选题的意义

通过完成该课题，即设计出集装箱波纹板三自由度焊接机器人及对其进行运动学分析，能够解决在焊接过程中焊枪不能随波形的变化调整与焊枪速度的夹角这个问题，使得在直线段与在波内斜边段焊接时，焊枪与焊缝都保持垂直，相对于焊缝的焊接速度都恒为同一速度，进而能够提高在直线段与在波内斜边段的焊缝成形的一致性，提高集装箱的生产质量。

1.2 研究现状及发展趋势

这里的研究现状及发展趋势包括三个方面：前面也提到这里的集装箱波纹板三自由度焊接机器人（为移动焊接机器人）是为提高焊接自动化水平的，故这里为移动焊

结束语

毕业设计是对大学学期间所学的知识的一次系统全面性的总结，通过本次毕业设计将理论与实践充分结合，是难得的一次机会。通过这次毕业设计为今后能更好的适应今后工作垫定了良好的基础。针对本次毕业设计总结如下：

(1) 对该集装箱波纹板三自由度焊接机器人进行了方案设计，并对机构进行运动学逆解，证明该方案可行，能够满足集装箱波纹板焊接的要求，能够提高在直线段与在波内斜边段的焊缝成形的一致性，提高集装箱的生产质量。

(2) 完成了车体结构设计：车体结构方案的比较与选择；驱动电机功率的估计计算与选择；齿轮齿条传动的接触疲劳强度与弯曲疲劳强度校核。还有摆动关节驱动电机的选择。

(3) 其它方面：车轮与选用导轨的匹配设计，关节间的联接匹配设计。这些都是直接在图纸上设计出来了。

致谢

本文是在老师精心指导和大力支持下完成的。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于机械设计方面的知识，实验技能有了很大的提高。另外，我还要特别感谢师姐对我实验以及论文写作的指导，她为我完成这篇论文提供了巨大的帮助。还要感谢，同学对我的无私帮助，使我得以顺利完成论文。同时实验室的老师也时常帮助我，在此我也衷心的感谢他。

最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！

参考文献

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[16] 孙恒，陈作模等．.机械原理[M]．北京：高等教育出版社，2007．

内容简介：: 毕业设计 (论文 )外文资料翻译系部：机械工程系专业：机械工程及自动化姓名：学号：外文出处：附件：指导教师评语：签名：年月日注：请将该封面与附件装订成册。 (用外文写 ) 附件 1：外文资料翻译译文应用坐标测量机的机器人运动学姿态的标定这篇文章报到的是用于机器人运动学标定中能获得全部姿态的操作装置坐标测量机（运动学模型由于操作器得到发展 , 它们关系到基坐标和工件。工件姿态是从实验测量中引出的讨论 , 同样地是识别方法学。允许定义观察策略的完全模拟实验已经实现。实验工作的目的是描写参数辨认和精确确认。用推论原则的那方法能得到在重复时近连续地校准机器人。关键字：机器人标定坐标测量参数辨认模拟学习精确增进 1. 前言机器手有合理的重复精度 (而知名 , 但仍有不好的精确性 (米 )。为了实现机器手精确性，机器人可能要校准也是好理解。在标定过程中，几个连续的步骤能够精确地识别机器人运动学参数，提高精确性。这些步骤为如下描述： 1 操作器的运动学模型和标定过程本身是发展，和通常有标准运动学模型的工具实现的。作为结果的模型是定义基于厂商的运动学参数设置错误量 , 和识别未知的 ,实际的参数设置。 2 机器人姿态的实验测量法 (部分的或完成 ) 是拿走为了获得从联系到实际机器人的参数设置数据。 3 实际的运动学参数识别是系统地改变参数设置和减少在模型阶段错误量的定义。一个接近完成辨认由分析不同中间姿态变量的微分关系决定：于是等价转化得：两者择一 , 问题可以看成为多维的优化问题，这是为了减少一些定义的错误功能到零点，运动学参数设置被改变。这是标准优化问题和可能解决用的众所周知的方法。 4 最后一步是机械手控制中的机器人运动学识别和在学习之下的硬件系统的详细资料。包含实验数据的这张纸用于标度过程。可获得的几个方法是可用于完成这任务 , 虽然他们相当复杂，获得数据需要大量的成本和时间。这样的技术包括使用可视化的和自动化机械，伺服控制激光干涉计，有关声音的传感器和视觉传感器。理想测量系统将获得操作器的全部姿态 (位置和方向 )，因为这将合并机械臂各个位置的全部信息。上面提到的所有方法仅仅用于唯一部分的姿态 , 需要更多的数据是为了标度过程到进行。 2理论文章中的理论描述，为了操作器空间放置的各自的位置，全部姿态是可测量的，虽然进行几个中间测量，是为了获得姿态。测量姿态使用装置是坐标测量机 (它是三轴的，棱镜测量系统达到器人操作器是能校准的， 60，放置接近于殊的操作装置能到达边缘。图 1显示了系统不同部分安排。在这部分运动学模型将是发展 , 解释姿态估算法，和参数辨认方法。动学的参数在这部分，操作器的基本运动学结构将被规定，它关系到完全坐标系统的讨论 , 和终点模型。从这些模型，用于可能的技术的运动学参数的识别将被规定，和描述决定这些参数的方法。那些基础的模型工具用于描写不同的物体和工件操作器位置空间的关系的方法是调整计划，停泊处和当二连续的接缝轴是名义上地平行的用于说明不相称模型。如图 2 这中方法存在于物体或相互联系的操作杆结构中，和运动学中需要从一个坐标到另一个坐标这种同类变化是被定义的。这种变化是相同形式的上面的关系可以解释通过四个基本变化操作实现坐标系有需要找到与前一个的关系的四个变化是必需的，在那个时候连续的轴是不平行的，n定义为零点。当应用于一个结构到下一个结构的等价变化坐标系与更改们将被书写成矩阵元素实现运动学参数功能的矩阵形状。这些参数是变化的简单变量：关节角 n ，连杆偏置连杆长度扭角 n ，矩阵通常表示如下：对于多连接的 , 例如机械操作臂 ,各自连续的链环和两者瞬间的位置描写在前一个矩阵变化中。这种变化从底部链环开始到第图 3表示出全坐标系和工具结构。变化从世界坐标系到机器人底部结构需要仔细考虑过，因为潜在的参数取决于被选择的改变类型。考虑到图 4,世界坐标,，在 , 标,是标 111 , 我们感兴趣的是从世界坐标到 111 , 需的最小的参数数量。实现这种变化有两种路径：路径 1，从,到000 , 着从000 , ,的变化将牵连二个参数和 d 的变化图 3 图 4 最后，另外从,到 111 , 1 和两个参数是关于轴 1d 和 d 是沿着轴此，用这路径它需要从世界坐标到径 2，同样地二中择一，从世界坐标到底部结构坐标,的变化可以是直接定义。因此坐标变换需要六个参数，如下面是从,到 111 , 1 与 ,相关联，1d 与 , 相关联，减少成两个参数。很显然这种路径和路径 1一样需要八个参数，但是设置不同。上面的方法可能使用于从世界坐标系到构的移动中。在这工作中，选择路径 2。工具改变引起需要六个特殊参数的改变的用于运动学模型的参数总数变成 30，他们定义于表 1 认方法学运动学的参数辨认将是进行多维的消去过程 , 因此避免了雅可比系统的标定，过程如下： 1. 首先假设运动学的参数 , 例如标准设置。 2. 为选择任意关节角的设置。 3. 计算 4. 测量常标准的和预言的位姿将是不同的。 5. 为了最好使预言位姿达到标准的位姿，在整齐的方式更改运动学的参数。这个过程应用于不是单一的关节角设置而是一定数量的关节角，与物理测量数量等同的全部关节角设置是需要，必须满足在这儿：文章中，给定了自由度的数量，赠值为因此全部位姿是测量的。在实践中，更多的测量应该是在实验测量法去掉补偿结果。优化程序使用命名为标准库功能的姿测量法显然它是从上面的方法确定种方法现在将详细地描写。如图 5所示，末端操作器由五个确定的工具组成。考虑到借助于工具坐标和世界坐标中间各个坐标的形式，如图 6 这些坐标的关系如下： ,关于世界坐标结构的第标结构第设定量出 ,然后算出 T，使用于在标定过程的位姿的测量。它是不会很简单，但是不可能由等式 (11)反求出 T。上面的过程由四个球 A, B, 来实现，如下：或为由于 P, 全部相符合，反解求的位姿矩阵在实践中当于确的测量三个球，第四球根据十字相乘可以获得考虑到决定的球中心坐标的是基于球表面点的测量 ,没有分析可获到的程序。另外，数字优化的使用是为了求惩罚函数的最小解这里 ),( 确定球中心， ),(i 个球表面点的坐标且 r 是球的半径。在测试过程中，发现只测量四个表面上的点来确定中心点是非常有效的。附件 2：外文原文（复印件） of a a he in of a a is to of A is to of is as is A of is to be is is is to a of . t is 0.3 10.0 by be in to of is In of to be to be as 1. A of is is is to an on a s) an is to be 2. of or in to to by so as to in to is in of a to of be as a in is in to to is a be 4. of in of of to of of in to in to of of An of of of to be to 2. n in in is is to be in to at is a is a a to be a 60, is to a is to 1 of of In be n of be to a be be a f o r d e t e r m i n i n g t h o s e p a r a m e t e r s d e s c r i b e d . to in is wi th pr s ed ay Mo ng a n d W u t o a c c o u n t f o r d i s p r o p o r t i o n a l m o d e l s As 2, a or of by to he be as a to n by of of It is to a to . is to be d. is to be in in to of be in a of of of ., d., a., of a., 3. is as a as a a is to so by to be i g . 3 s h o w s t h e P U M A m a n i p u l a t o r w i t h t h e to a f r o m t h e w o r l d f r a m e t o t h e b a s e f r a m e o f t h e to be if of 4, y, z, o, z0 is by a DH to of b, is s zl is H of We in of to to x, z. : A DH x, y, z, to zo by z0 b, Zb b d in H Zb t, y, Z 01 zo be dl d zo be It to go to of : As an a be to b, is a it as H zb l, zl 0 be , 0b, , d to It is as in i, a of be to to of In is is of of in 0, . he be as a of is as 1. a of as 2. an of 3. of 4. of of In be 5. in an in to in a to is to a of to a of of of p is of to be i s t h e n u m b e r o f m e a s u r e m e n t s ( p o s e s ) t a k e n Dr of of in In in of of is by is In be to of in is is a in t is a to of is in to be in of an of as 5. of of in of 5) as 6. be i

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