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【6h】

四轮驱动全轮差速转向移动焊接机器人移动机构设计与仿真

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摘要

目前,大型船体、球罐、海洋石油平台等装备的制造和检修作业中存在大量的直线和折线焊缝,焊接工作量大且作业空间复杂。完成此类焊缝的自动化焊接,移动焊接机器人需在平面及立面上平稳地移动并灵活转向。本课题针对上述要求提出了一种运动灵活、负载能力强的磁吸附式新型四轮驱动全轮差速转向移动焊接机器人移动机构。
　　 提出了四轮驱动全轮差速转向机器人移动机构的设计要求,拟定了机器人移动机构各组成部分的机构设计方案。运用Pro/E软件建立了机器人移动机构的三维模型。通过对机器人移动机构吸附条件的理论分析,推导出了在竖直壁面上的机器人移动机构所需最小安全磁吸附力,为机器人移动机构的磁吸附机构的优化设计提供了依据。
　　 采用齐次坐标变换法建立了机器人移动机构运动学模型,以典型焊缝轨迹直线-圆弧-直线为例进行了逆运动学求解,通过MALTAB仿真得到了机器人移动机构的运动轨迹、运动参数及偏差。验证了所提出的全轮差速转向机构的正确性,为机器人移动机构虚拟样机仿真分析及控制提供了依据。
　　 通过吸附磁块的仿真与实验,确定了磁场仿真中磁路单元各组成部分的材料属性和网格划分密度、磁路单元的边界条件及磁吸附力的求解方法。从磁路类型、磁块结构参数、磁块耦合方式及隔磁铝块厚度四个方面对机器人移动机构的磁吸附机构进行了优化设计,磁吸附机构能够满足设计要求。
　　 为研究机器人移动机构的动力特性,运用ADAMS软件建立了机器人移动机构虚拟样机。在虚拟试验环境中对机器人移动机构虚拟样机在水平面及竖直面上沿直线-圆弧-直线轨迹及S型轨迹运动进行仿真分析。对竖直壁面上负载10kg的机器人移动机构沿直线.圆弧轨迹运动进行仿真分析。将机器人移动机构在虚拟试验环境中的运动轨迹与目标轨迹进行了对比,得到了两者的偏差值。仿真结果表明机器人移动机构的运动精度能够满足设计要求。
　　 为验证逆运动学求解的正确性,采用联合控制仿真,对机器人移动机构四驱动轮及转向机构进行了闭环控制,实现了机器人移动机构虚拟样机沿直线及圆弧轨迹运动。为研究机器人移动机构物理样机的实际控制规律奠定了基础。
　　 运用ANSYS软件对机器人移动机构车轮在不同负载下的变形情况进行了非线性有限元分析。设计并搭建立了车轮实验平台,测量了车轮在不同负载下的变形面积和所能产生的附着力,为机器人移动机构物理样机的制作奠定了基础。

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