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大型曲面自适应研抛机器人研制

刘启童  
【摘要】:目前,在航空、航天、航海和汽车制造业中,大型曲面零件的研抛仍以手工操作为主,这种方法加工效率低、劳动强度大,难以获得良好的加工质量,制约了此行业的发展。因为与工件相匹配的大型研抛设备加工范围受限制,其精度和刚度以及系统稳定性不是非常好,还存在着运动快速性方面的技术难题,并且造价非常昂贵。所以,基于崭新的技术思想开发既满足工程需求又符合经济需求的自动化研抛加工新技术与新装备,以适应大型曲面精密研抛加工的需求成为切实的要求。 本文在查阅大量文献资料的基础上,提出了一种可自适应大型曲面曲率变化、在曲面上自主移动进行研抛加工的小型机器人结构方案。在分析了大型曲面的特征,并结合手工抛光中人手臂的运动,确定了机器人的技术构成。研抛机器人采用两轮驱动加辅助轮的结构方式:辅助轮用研磨盘代替,即就是设计的机器人是两轮独立驱动,研磨盘作为机器人的第三个支点,研磨盘采用环形面工具;工具系统采用两轴在空间转动形成一个全方位移动的腕关节来适应曲面的变化。 对研抛机器人行走机构、研抛工具系统的运动学进行了数学建模。分析了机器人的运动特性和加工过程,建立了机器人的位姿变化方程。利用ADAMS建立了研抛机器人以及工具系统的虚拟样机,通过建立两种典型的曲面工件模型:正弦曲面和圆弧曲面进行仿真实验,研究了工具系统以及机器人的自适应能力、曲面追踪能力和研抛压力。搭建了自适应研抛机器人的实验样机,利用LabVIEW编制了数据采集和运动控制软件,通过机器人在斜面上的直行、转弯和爬坡运动试验,验证了机器人具有良好的适应性和运动能力。


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