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1、学士学位毕业论文（设计）基于SolidWorks六自由度焊接机械手三维运动模拟学生姓名：学 号：指导教师：所在学院：专 业： 中国大庆 黑龙江八一农垦大学毕业设计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
2、现关键词：SolidWorks ; cosmosmotion ; 三维运动模拟; 动画模拟全套图纸，加153893706AbstractIn 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
3、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 appli
4、cation 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 armmodeling of three-dimensio
5、nal modeling and trajectory planning, after the realization of Key words: :SolidWorks ; cosmosmotion ; simulation of 3D motion ; Animated SimulationIII目录摘要前言1第1章 焊接机器人概述21.1 焊接机器人的发展21.1.1 国外焊接机器人的发展21.1.2 国内焊接机器人研究的历史及现状31.1.3 焊接机器人应用现状31.1.4 焊接机器人的发展趋势41.2 焊接机械手的组成、分类41.2.1 组成41.2.2 分类61.3 基本型式71.
6、3.1 直角坐标式机械手71.3.2 圆柱坐标式机械手71.3.3 关节式机械手8第2章 计算机辅助设计和SolidWorks软件的发展 92.1 计算机辅助设计的发展92.2 软件的特点及前景92.3 COSMOSMotion的应用及特点10第3章 焊接机械手的设计思想123.1 机械手特性方程式123.2 手臂的设计计算143.2.1 驱动力的计算143.2.2 水平回转时驱动力矩的计算143.2.3 偏重力矩的计算153.2.4焊接机械手各零部件的设计16第4章 三维实体建模254.1 模拟方案的确定254.2 仿真实体的绘制264.3 简单数学模型的建立264.4 模拟加载与仿真284
7、.4.1 仿真模拟的实现284.4.2 进行运动校核304.4.3 结语30总结31参考文献32致 谢33- 29 -前言机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、焊接、电子、轻工和原子能等部门。机器人三维运动仿真技术在机器人的研究与应用中发挥着重要作用。它对于在实际工作中机器人行走路径的生成、工作空间防止碰撞等具有十分重要的现实意义。本文对机器人的产生发展及前景展望进行分析，主要利用Solidworks对机械手设计并进行了动态仿真，介绍了
8、基于Solidworks设计三维零件的操作方法及运动分析插件cosmosmotion基本功能。第1章 焊接机器人的概述焊接机器人是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。这种新技术发展很快，逐渐形成一门新兴的学科。焊接机器人的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识:其一、它能部分地代替人工操作，其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸，其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的
9、人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、嗓音以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。1.1 焊接机器人的发展1.1.1 国外焊接机器人的发展焊接机器人是近十年来迅速发展起来的智能机器目前不少焊接机器人不仅具有“ 示教再现” 功能, 而且在实际焊接过程中能自动对准焊缝, 焊接大量不同空间位置的焊缝。焊接机器人工作时, 重复精度高, 焊接质量好, 而兼备装、卸工件和焊接功能, 具有较高的机械化水平和生产效率, 特别适宜在有毒、书强射线和水下等特殊场合作业在国外, 焊接机器人除在焊接汽车车身、底盘、轿壳、
10、车轮和十字头等零部件的生产线上获得广泛应用外, 在高压容器、动力设备、大型压缩气体储罐、汽轮机叶片、水下设施和核反应堆等焊接结构上也日益显示出它的重要作用。近年来, 由于焊接机器人造价迅速降低和功能不断完善,它已成为国际市场上供不应求的“ 热门货”。近十年来, 日、美、苏、英、法等国都投入了大量的人力、物力从事焊接机器人的开发工作, 其中日本焊接机器人的进展速度尤为惊人。日本从1978年开始研制点焊机器人,1980年研制成功第一个弧焊机器人，1981年日本生产了1500个焊接机器人, 产值达到145亿日元, 由日本工业机器人的第六位跃居为第二位目前有10家工厂具有年产1000多个焊接机器人的能
11、力为日本发展和普及焊接机器人,于1982年成立了全国机器人焊接研究委员会。此外,许多日本大公司, 如大阪变压器公司先后在大阪、东京、名古屋等地设立了焊接机器人培训学校。1984年丰田汽车公司己在其作业线上安排了1300个机器人, 今年又将引进300个昼夜工作的机器人。预计在未来的五年中, 日本焊接机器人的产值将迅速增长。目前世界上已有七十多种数万个焊接机器人在各种生产线上从事焊接操作。从数量和智能化的程度来看, 日本的焊接机器人在世界上占明显优势, 并已向美、英等国大量出口。1.1.2 国内焊接机器人研究的历史及现状我国自上世纪70 年代末开始进行工业机器人的研究，经过二十多年的发展，在技术和
12、应用方面均取得了长足的发展，对国民经济尤其是制造业的发展起到了重要的推动作用。据不完全统计，近几年我国工业机器人呈现出快速增长势头，平均年增长率都超过40% , 焊接机器人的增长率超过了60% ；2004年国产工业机器人数量突破1400 台，进口机器人数量超过9000台，其中绝大多数应用于焊接领域；2005 年我国新增机器人数量超过了5000台，但仅占亚洲新增数量的6% ，远小于韩国所占的15% ，更远小于日本所占的69% 。这对于我国的经济发展速度以及经济总量来说显然是不匹配的，这说明我国制造业的自动化程度有待进一步提高，另一方面也反映了我国劳动力成本的低廉，制造业自动化水平以及工业机器人应
13、用程度的提高受到限制。当前焊接机器人的应用迎来了难得的发展机遇。一方面，随着技术的发展，焊接机器人的价格不断下降，性能不断提升；另一方面，劳动力成本不断上升，我国由制造大国向制造强国迈进，需要提升加工手段，提高产品质量和增强企业竞争力，这一切预示着机器人应用及发展前景空间巨大。1.1.3 焊接机器人应用现状中国机械工程学会焊接学会和中国焊接协会进行了一次比较全面的焊接机器人在制造业中应用情况调查,结果显示, 到1996年底焊接机器人已得到广泛应用。我国使用焊接机器人进行生产的企业已有几百家, 全国安装的焊接机器人已超过千台套, 主要集中在汽车、摩托车和工程机械个重要行业并且90%以上属于5或6
14、轴关节式机器人。新松公司以关键技术攻关、自主产品开发、应用工程示范为技术路线, 将各类汽车车身自动冲压线、白车身焊装线、汽车总装线、发动机装配线、工装夹具及输送系统的设计制造焊装线钢结构、管网工程的设计制造焊装线工艺设计、平面布置、机器人选型、机器人用自动焊钳设计与选型、非标机械装备、辅具、控制系统的设计制造与生产工艺调试等方面的先进装备技术成功应用于企业实际生产。开发出了适用性强、系统稳定可靠、操作简便、工艺结构性良好、经济高效的系列装备生产线, 在机器人弧焊、点焊系统总体设计和应用工程的实施上, 积累了丰富的生产线设计与机器人系统集成技术。屹今, 新松公司完成的弧焊、点焊机器人工作站, 各
15、种装焊线等机器人自动化应用工程已超过600多台套，连续多年顺利通过ISO9001国际质量体系认证。解决了国内众多企业生产装备技术难题, 提升了在国际舞台上的抗衡能力, 为中国企业的腾飞乃至民族工业的发展起到了推波助澜的作用。1.1.4 焊接机器人的发展趋势为保障公司的产品和技术与世界水平同步发展, 新松公司充分利用自身的技术优势和行业地位, 除了开发具有自主知识产权机器人自动化系列产品外。公司还与国际众多知名的机器人自动化企业建立了紧密的商业合作伙伴关系, 紧紧围绕客户需求, 公司把国外先进的机器人自动化技术、产品与自身强大的研发设计能力、先进的技术装备与完善的服务体系进行完美整合, 充分发挥各自的技术和资源优势, 为客户提供完整的技术解决方案和交钥匙工程。保证了公司的产品技术水平始终与世界先进水平同步, 为广大客户提供最大增值服务, 形成了以机器人和先进装备为主体的核心技术, 从而具有较强的综合竞争优势和差异化竞争优势。随着我国汽车工业的发展和企业对自动化水平要求的不断提高, 将为焊接机器人市场的快速增长提供一个良好的平台, 也将为新松公司机器人应用产业的拓展带来前所未有的机遇。预计未来5年,
