机械毕业设计906基于SolidWorks六自由度焊接机械手三维运动模拟

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：工程学院

专业：机械设计制造及其自动化

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)

致谢 (33)

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、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