热加工零件搬运机器人系统的关键技术研究

摘要

热加工是机械制造领域中的一种重要的生产方式，大多数机械零件都要经过热加工处理。金属铸造、热轧、锻造、焊接和金属热处理等都是热加工工艺。一般热加工车间工作环境十分恶劣，工人常年工作在高温、高噪音、具有强烈刺激性气味的环境中，对人的身体健康造成极大的伤害，而且，热加工后的工件温度一般在1000℃左右，人工搬运困难，安全隐患大，生产效率低。因此，在热加工工序采用机器人搬运工件是十分必要的。本文按搬运轴类零件的最高温度为1200℃考虑，如此高温对机器人的夹持器和腕部零部件的性能影响很大。目前，国内研发的六自由度搬运机器人很难完成此项任务，国外虽然已经研发出这种机器人，但是每台机器人价格昂贵。所以有必要对机器人的性能进行分析研究。为了使机器人能够正常工作，本文对其作了如下研究：
　　第一，完成了热加工零件搬运机器人本体及夹持器的设计和建模。本文针对机器人所处的高温环境，对机器人和夹持器的结构、传动系统进行了设计，并在SolidWorks中完成三维模型的建立。
　　第二，对热加工零件搬运机器人进行了瞬态热分析，得出它的温度场分布状况，通过分析找到高温的位置，然后，通过对夹持器、六轴减速器、腕部和四轴减速器等关键零部件的结构改进和添加隔热涂层，对机器人进行防热处理。最后通过对其进行稳态热分析，确保零部件正常工作。
　　第三，分析了热加工零件搬运机器人在极限位置主要零部件的应力和刚度情况。使用SolidWorks软件完成热加工零件搬运机器人的三维建模，根据热加工零件搬运机器人的运动空间，选取机器人的极限位置，利用ANSYS Workbench有限元分析软件，对机器人进行静力学仿真，通过仿真得出机器人整体的应力和位移变化情况，以及主要部件的应力和位移变化情况。
　　第四，完成了机器人关键零部件的结构优化。根据机器人静力学分析的结果，对小臂后筒、腕部摆动壳体和夹持器的结构进行改进，使小臂后筒和腕部摆动壳体的最大应力大大降低，夹持器末端的位移量也明显减少。

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第一章 绪 论

1.1 课题的背景及意义

1.2 热加工机器人的国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容

第二章 机器人本体及夹持器的设计与建模

2.1 机器人总体方案设计

2.2 机器人减速器和伺服电机的选型

2.3 机器人本体结构设计

2.4 机器人传动系统设计

2.5 机器人平衡系统设计

2.6 机器人本体三维建模

2.7 夹持器设计

2.8 本章小结

第三章 热加工搬运机器人的热分析及防热研究

3.1 热加工搬运机器人的热分析

3.2 热加工搬运机器人的防热研究

3.3 改进后热加工搬运机器人的热分析

3.4 本章小结

第四章 热加工零件搬运机器人的有限元分析

4.1 热加工零件搬运机器人的极限位置及模型简化

4.2 热加工零件搬运机器人的前处理

4.3 热加工零件搬运机器人静力学仿真的结果和分析

4.4 本章小结

第五章 热加工零件搬运机器人关键零部件的优化

5.1 小臂后筒的优化

5.2 腕部摆动壳体的优化

5.3 夹持器的优化

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录