空间钢结构复杂相贯线机器人切割关键技术研究

摘要

本文密切结合TriVariant-B新型5自由度混联机器人的空间钢结构复杂相贯线切割实际应用,系统地研究了该机器人对空间钢管相贯形成的复杂相贯线的切割关键技术,运用数学原理推导了空间复杂相贯线的表达公式,并且求解出实际生产中存在不圆度缺陷的钢管相贯所形成的复杂相贯线数学模型,考虑坡口角和实际切割方向对切割过程进行轨迹规划,运用SolidWorks软件和Vericut仿真软件对钢管相贯线切割三维模型和切割过程进行了仿真和验证,通过实验,对此相贯线切割机器人数控装备的实际工程应用做出总结。论文取得如下创造性成果:
　　?根据多个空间钢管相贯形成的复杂相贯线立体模型,建立空间坐标系,利用三维空间齐次坐标变换中的平移和旋转变换,推导出圆柱空心钢管在相同坐标系下的方程,钢管方程联立求解出复杂相贯线的数学模型。利用同样方法求解实际存在不圆度钢管的相贯线数学模型,为切割轨迹规划和软件仿真奠定基础。
　　?基于复杂相贯线的空间数学模型,考虑坡口角、实际切割角和切割方向,通过利用机器人运动学逆解,对机器人末端执行器的切割过程进行轨迹规划,并对末端在复杂相贯线相邻段之间过渡时的位置和姿态进行处理,使过渡时执行器运动平稳、可靠而且节省时间。
　　?由数学模型推导出相贯线的相关数据和参数,运用LabVIEW软件编写程序来验证上述数学模型和轨迹规划的正确性,在SolidWorks软件中建立切割机器人和相贯钢管的整体三维造型,通过动画仿真来验证相贯线数学模型和切割方案的可行性、有效性。
　　?由于大型钢管在实际中造价昂贵,所以需在切割之前确定整个数控切割过程准确无误,通过在Pro/E软件中导出相贯线切割加工的NC代码,导入到Vericut软件中对空间多个钢管相贯形成的复杂相贯线的切割过程进行模拟仿真,利用刀具模拟切割机器人,通过仿真验证末端执行切割运动的准确性,最后对整个切割过程进行优化,为实际生产加工做好准备。
　　?通过实验,对此课题的空间钢结构复杂相贯线切割机器人的实际工程应用做出总结,得出结论并对课题的进一步发展作出展望。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状综述

1.3本文主要研究内容

1.4文章章节安排

第二章 复杂相贯线数学模型

2.1引言

2.2 理论相贯线数学模型求解

2.3 实际相贯线数学模型求解

2.4 空间复杂相贯线的两面角和切割角

2.5 预留坡口切割

2.6 小结

第三章 轨迹规划

3.1引言

3.2机器人末端轨迹规划

3.3 轨迹过渡算法

3.4关节空间轨迹规划

第四章 软件仿真

4.1引言

4.2 Matlab算例仿真

4.3 LabVIEW软件仿真

4.4 SolidWorks软件仿真

4.5 Pro/E和Vericut软件仿真

4.6 切割过程优化调整

4.7 小结

第五章 机器人复杂相贯线切割关键技术

5.1 引言

5.2 空间复杂相贯线切割机器人数控装备整体布局

5.3 钢管坐标系快速标定

5.4 总体切割轨迹

5.5 工程应用

5.6 小结

第六章 总结展望

6.1 全文结论

6.2 未来工作展望

参考文献

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