輔助電解加工機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真分析任務(wù)書(shū)

2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 二級(jí)學(xué)院： 班 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 未定職級(jí) 課題名稱(chēng) 輔助電解加工機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真分析 課題類(lèi)型 畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文 起止時(shí)間 3-18 周 一、 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來(lái)源、現(xiàn)狀 本課題的來(lái)源 : 校級(jí)科研基金項(xiàng)目面向冗余雙 臂工業(yè)機(jī)器人的高精度位姿測(cè)量視覺(jué)系統(tǒng)研究。 項(xiàng)目編號(hào)：YN1301。 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀： 電解加工誕生于上世紀(jì)五十年代， 屬于電化學(xué)加工，是繼電火花加 工之后發(fā)展較快，應(yīng)用較廣的一種特殊加工技術(shù)。 電解加工的原理是 利用金屬中含有的其他元素或雜質(zhì)，接觸電解液后會(huì)形成許多“微電池”而放電，從而形成電化學(xué)腐蝕來(lái)去除工件材料的一種特殊加工方法。加工時(shí)以工件為陽(yáng)極，工具電極為陰極。在兩極之間狹窄的間隙內(nèi)強(qiáng)迫電解液通過(guò)，與此同時(shí)，兩極之間施加直流壓，由于電化學(xué)反應(yīng)的作用，靠近電極導(dǎo)電端的工件毛刺及棱角處電流密度最高，從而毛刺 很快被除掉，棱邊也形成圓角 ，最終 順利 完成 對(duì)一個(gè) 工件 從毛坯到零件 加工 的整個(gè)過(guò)程 。電解加工技術(shù) 首先在炮管膛線和航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的加工中得到應(yīng)用，六七十年代得到高速發(fā)展和鞏固提高 ，并 取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從 1960年的 15%到 1975年的 45%，電解加工在難切削材料加工中所占的比例增加兩倍。八九十年代在某些領(lǐng)域得到了新的應(yīng)用，其應(yīng)用要求也越來(lái)越高。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，輔助 電解加工技術(shù)日漸成熟。高速發(fā)展的高新科技和電解加工融 合，實(shí)現(xiàn)了 從一般加工到精密加工的突破。由于很多加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)沿最優(yōu)進(jìn)給路線 進(jìn)行加工，缺乏對(duì)加工間隙的有效監(jiān)控，難以在恒定的小間隙條件下進(jìn)行加工，所以導(dǎo)致加工精度較低，還有一些缺乏有效的陰極設(shè)計(jì)方法，采用反拷法或“試湊法”來(lái)制造陰極，導(dǎo)致電解加工精度偏低。為了解決這些問(wèn)題，超聲輔助電解加工、磁場(chǎng)輔助電解加工等加工方式成為主流，他們能夠改善加工區(qū)狀態(tài)，解決加工過(guò)程中電解產(chǎn)物的排出，提高去除效率；改善電解加工間隙流場(chǎng)，提高加工精度等。然而這些輔助方式同樣存在某些問(wèn)題，例如靈敏度偏低、輔助繁瑣等，在此基礎(chǔ)上筆者考慮采用一種新型裝置來(lái)輔助電解加工 機(jī)器人輔助電解加工。本課題的提出依賴(lài)于機(jī)器人對(duì)工作 環(huán)境的感覺(jué)和自主適應(yīng)能力，利用機(jī)器人自身的檢測(cè)與定位功能，輔助電解加工時(shí)加工間隙的檢測(cè) ， 從而精確的維持恒定的小間隙，保證電解加工的順利進(jìn)行，使加工工藝更合理，質(zhì)量更穩(wěn)定，加工效率更高。 考慮將機(jī)器人引入電解加工技術(shù)，不僅僅是一種創(chuàng)新，更是一種挑戰(zhàn)。雖然我國(guó)的機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，但總的來(lái)看，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外的相比還有一定的距離，無(wú)論從機(jī)器人的數(shù)量還是技術(shù)上，我們都有一定的差距，因此我們需 要自主發(fā)展機(jī)器人高技術(shù)、解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，積極推進(jìn)我國(guó)的機(jī) 器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 另一方面，本課題的關(guān)鍵詞是機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 的仿真 分析，所以研究方向是機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)，SJ003-1 因此計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的利用是必不可少的，利用該技術(shù)可以進(jìn)行一些動(dòng)力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)。 本課題采用 ADAMS 軟件對(duì)機(jī)械進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真， 如果不利用 ADAMS 軟件進(jìn)行仿真 而是在現(xiàn)實(shí)中完成這些實(shí)驗(yàn)，可能耗資不菲，而且需要花費(fèi)大量的時(shí)間。通過(guò) ADAMS 的仿真 可以在動(dòng)態(tài)的合成環(huán)境中嘗試一些軌跡規(guī)劃和控制策略，例如控制電解加工時(shí)的加工間隙等，從而確定機(jī)器人控制系統(tǒng)的品質(zhì)。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真就是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部建立某種動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)這種模型 對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的典型狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算和分析，從而進(jìn)行合理的軌跡規(guī)劃。為了達(dá)到這個(gè)目的，需要把機(jī)器人本體和機(jī)器人所在的作業(yè)環(huán)境抽象為某種模型，并且必須對(duì)人們所涉及的機(jī)器人動(dòng)作進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。 因此研究本課題是具有可行性的。 二、 設(shè)計(jì)要求 1. 利用 Pro/E 軟件建立機(jī)械 手 的三維模型； 2. 采用拉格朗日方法建立機(jī)械手 的 動(dòng)力學(xué)模型； 3. 利用 ADAMS 軟件對(duì)機(jī)械 手 進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真， 得出各 個(gè)關(guān)節(jié)各種參數(shù)（力矩，角速度等） 。 4. 利用仿真出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，合理規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，完成整個(gè)電解加工過(guò)程。 三、 工作內(nèi)容 根據(jù)建立好的 6 自由度三維機(jī)器人模型，利用 ADAMS 軟件 對(duì)機(jī)器人 進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得出各個(gè)關(guān)節(jié)的力矩、速度、加速度和角速度等， 確定各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)與作用力矩（力）之間特別是對(duì)工件作用力的關(guān)系，面向電解加工，利用機(jī)器人輔助進(jìn)行加工間隙的檢測(cè)控制，或者 進(jìn)行機(jī)械輔助隔離，保護(hù)某些加工部位，利用其自身的檢測(cè)與定位功能，順利完成電解加工過(guò)程。設(shè)計(jì)期間，進(jìn)行 ADAMS 的深入學(xué)習(xí)，結(jié)合數(shù)學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)處理，加快模型動(dòng)力學(xué)分析，為完成后期 畢業(yè)論文 的撰寫(xiě) 工作 做 好 鋪墊。 四、 設(shè)計(jì)方案 本課題 因?qū)C(jī)器人引入電解加工技術(shù)，輔助機(jī)器人進(jìn)行加工間隙的檢測(cè)，進(jìn)行合理的軌跡規(guī)劃，所以要 考慮利 用 某種 軟件 來(lái) 對(duì) 機(jī)器人 進(jìn)行 動(dòng)力學(xué)仿真， 筆者 考慮 選用 ADAMS 軟件參與仿真。ADAMS,即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析 ,該軟件是美國(guó) MDI 公司開(kāi)發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件 .目前 ,ADAMS 己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用 。 在本課題中 ,ADAMS 軟件 可以 創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型 ,筆者可以利用 其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的 拉格朗日 方程方法 ,建立 機(jī)械手的 動(dòng)力學(xué)方程 ,從而對(duì)機(jī)械手 進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析 ,求得 輸出位移 ,速度 ,加速 度和反作用力曲線 等 。 另一方面，筆者利用 ADAMS 軟件的仿真 功能 來(lái) 預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能 ,運(yùn)動(dòng)范圍 ,碰撞檢測(cè) ,峰值載荷等 ， 為選擇最優(yōu)的機(jī)器人軌跡路線做好鋪墊 。 五、 技術(shù)路線 1. 采用拉格朗日方法建立機(jī)械手 的 動(dòng)力學(xué)模型； 2. 利用 ADAMS 軟件對(duì)機(jī)械 手 進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真； 3. 利用 6 自由度機(jī)器人 具有 的檢測(cè)、定位等功能，將其引進(jìn)電解加工技術(shù)，完成電解加工過(guò)程 。 六、 預(yù)期目標(biāo) 1. 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)電解加工過(guò)程的輔助； 2. 15000 個(gè)字符的外文資料翻譯一份 ； 3. 畢業(yè)論文一份 。 七、 時(shí)間安排 第 3-4 周：課題調(diào)研，收集與課題相 關(guān)的設(shè)計(jì)資料，深入了解與熟悉課題，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告； 第 5-6 周：翻譯英文資料，深入學(xué)習(xí) ADAMS 軟件； 第 7-9 周： 將三維模型 參數(shù)導(dǎo)入 ADAMS 軟件，并對(duì)該機(jī)器人進(jìn)行初步的動(dòng)力學(xué)仿真分析； 第 10-11 周：進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模型實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整合 ； 第 12-15 周：對(duì)機(jī)器人輔助電解加工過(guò)程進(jìn)行再一次的 動(dòng)力學(xué)仿真分析，并整理分析數(shù)據(jù)； 第 16-17 周： 撰寫(xiě) 畢業(yè)論文 ； 第 18 周：答辯準(zhǔn)備 。 八、 參考文獻(xiàn) 1 王建業(yè) ,徐家文 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