2014 屆畢業設計（論文）開題報告 二級學院： 班 級： 學 生： 學 號： 指導教師： 職 稱： 未定職級 課題名稱 輔助電解加工機器人動力學仿真分析 課題類型 畢業設計 畢業論文 起止時間 3-18 周 一、 畢業設計課題來源、現狀 本課題的來源 : 校級科研基金項目面向冗余雙 臂工業機器人的高精度位姿測量視覺系統研究。 項目編號：YN1301。 本課題的發展現狀： 電解加工誕生于上世紀五十年代， 屬于電化學加工，是繼電火花加 工之后發展較快，應用較廣的一種特殊加工技術。 電解加工的原理是 利用金屬中含有的其他元素或雜質，接觸電解液后會形成許多“微電池”而放電，從而形成電化學腐蝕來去除工件材料的一種特殊加工方法。加工時以工件為陽極，工具電極為陰極。在兩極之間狹窄的間隙內強迫電解液通過，與此同時，兩極之間施加直流壓，由于電化學反應的作用，靠近電極導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 對一個 工件 從毛坯到零件 加工 的整個過程 。電解加工技術 首先在炮管膛線和航空發動機渦輪葉片的加工中得到應用，六七十年代得到高速發展和鞏固提高 ，并 取得了顯著的技術經濟效果。據統計，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域得到了新的應用，其應用要求也越來越高。進入新世紀以來，輔助 電解加工技術日漸成熟。高速發展的高新科技和電解加工融 合，實現了 從一般加工到精密加工的突破。由于很多加工無法實現沿最優進給路線 進行加工，缺乏對加工間隙的有效監控，難以在恒定的小間隙條件下進行加工，所以導致加工精度較低，還有一些缺乏有效的陰極設計方法，采用反拷法或“試湊法”來制造陰極，導致電解加工精度偏低。為了解決這些問題，超聲輔助電解加工、磁場輔助電解加工等加工方式成為主流，他們能夠改善加工區狀態，解決加工過程中電解產物的排出，提高去除效率；改善電解加工間隙流場，提高加工精度等。然而這些輔助方式同樣存在某些問題，例如靈敏度偏低、輔助繁瑣等，在此基礎上筆者考慮采用一種新型裝置來輔助電解加工 機器人輔助電解加工。本課題的提出依賴于機器人對工作 環境的感覺和自主適應能力，利用機器人自身的檢測與定位功能，輔助電解加工時加工間隙的檢測 ， 從而精確的維持恒定的小間隙，保證電解加工的順利進行，使加工工藝更合理，質量更穩定，加工效率更高。 考慮將機器人引入電解加工技術，不僅僅是一種創新，更是一種挑戰。雖然我國的機器人研究開發與應用已經取得了一定的成績，但總的來看，我國的機器人技術及其工程應用的水平和國外的相比還有一定的距離，無論從機器人的數量還是技術上，我們都有一定的差距，因此我們需 要自主發展機器人高技術、解決產業化前期的關鍵技術，積極推進我國的機 器人產業化進程。 另一方面，本課題的關鍵詞是機器人動力學 的仿真 分析，所以研究方向是機器人的動力學，SJ003-1 因此計算機仿真技術的利用是必不可少的，利用該技術可以進行一些動力學仿真實驗。 本課題采用 ADAMS 軟件對機械進行動力學仿真， 如果不利用 ADAMS 軟件進行仿真 而是在現實中完成這些實驗，可能耗資不菲，而且需要花費大量的時間。通過 ADAMS 的仿真 可以在動態的合成環境中嘗試一些軌跡規劃和控制策略，例如控制電解加工時的加工間隙等，從而確定機器人控制系統的品質。機器人動力學仿真就是在計算機內部建立某種動力學模型，根據這種模型 對機器人運動范圍內的典型狀態進行動力學計算和分析，從而進行合理的軌跡規劃。為了達到這個目的，需要把機器人本體和機器人所在的作業環境抽象為某種模型，并且必須對人們所涉及的機器人動作進行動力學仿真。 因此研究本課題是具有可行性的。 二、 設計要求 1. 利用 Pro/E 軟件建立機械 手 的三維模型； 2. 采用拉格朗日方法建立機械手 的 動力學模型； 3. 利用 ADAMS 軟件對機械 手 進行動力學仿真， 得出各 個關節各種參數（力矩，角速度等） 。 4. 利用仿真出的各項數據，合理規劃機器人的運動軌跡，完成整個電解加工過程。 三、 工作內容 根據建立好的 6 自由度三維機器人模型，利用 ADAMS 軟件 對機器人 進行動力學分析，得出各個關節的力矩、速度、加速度和角速度等， 確定各關節運動與作用力矩（力）之間特別是對工件作用力的關系，面向電解加工，利用機器人輔助進行加工間隙的檢測控制，或者 進行機械輔助隔離，保護某些加工部位，利用其自身的檢測與定位功能，順利完成電解加工過程。設計期間，進行 ADAMS 的深入學習，結合數學分析，實驗處理，加快模型動力學分析，為完成后期 畢業論文 的撰寫 工作 做 好 鋪墊。 四、 設計方案 本課題 因將機器人引入電解加工技術，輔助機器人進行加工間隙的檢測，進行合理的軌跡規劃，所以要 考慮利 用 某種 軟件 來 對 機器人 進行 動力學仿真， 筆者 考慮 選用 ADAMS 軟件參與仿真。ADAMS,即機械系統動力學自動分析 ,該軟件是美國 MDI 公司開發的虛擬樣機分析軟件 .目前 ,ADAMS 己經被全世界各行各業的數百家主要制造商采用 。 在本課題中 ,ADAMS 軟件 可以 創建完全參數化的機械系統幾何模型 ,筆者可以利用 其求解器采用多剛體系統動力學理論中的 拉格朗日 方程方法 ,建立 機械手的 動力學方程 ,從而對機械手 進行動力學分析 ,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 預測機械系統的性能 ,運動范圍 ,碰撞檢測 ,峰值載荷等 ， 為選擇最優的機器人軌跡路線做好鋪墊 。 五、 技術路線 1. 采用拉格朗日方法建立機械手 的 動力學模型； 2. 利用 ADAMS 軟件對機械 手 進行動力學仿真； 3. 利用 6 自由度機器人 具有 的檢測、定位等功能，將其引進電解加工技術，完成電解加工過程 。 六、 預期目標 1. 實現機器人對電解加工過程的輔助； 2. 15000 個字符的外文資料翻譯一份 ； 3. 畢業論文一份 。 七、 時間安排 第 3-4 周：課題調研，收集與課題相 關的設計資料，深入了解與熟悉課題，撰寫開題報告； 第 5-6 周：翻譯英文資料，深入學習 ADAMS 軟件； 第 7-9 周： 將三維模型 參數導入 ADAMS 軟件，并對該機器人進行初步的動力學仿真分析； 第 10-11 周：進行動力學模型實驗，將實驗數據與軟件數據進行分析整合 ； 第 12-15 周：對機器人輔助電解加工過程進行再一次的 動力學仿真分析，并整理分析數據； 第 16-17 周： 撰寫 畢業論文 ； 第 18 周：答辯準備 。 八、 參考文獻 1 王建業 ,徐家文 .電解加工原理及應用 M.北京 : 國防工業出版社 , 2001. 2 熊有倫 .機器人技術基礎 M.武漢 : 華中科技大學出版社 , 1996. 3 吳振彪 .工業機器人 M.武漢 : 華中科技大學出版社 , 1997. 4 霍偉 .機器人動力學與控制 M.北京 : 高等教育出版社 , 2005. 5 韓建海 .工業機器人 M.華中科技大學出版社 , 2012. 6 宋偉剛 .機器人學 運動學、動力學與控制 M.北京 : 科學出版社 , 2007. 7 羅志增 ,蔣靜坪 .機器人感覺與多信息融合 M.北京 : 機械工業出版社 , 2002. 8 郝海青 .串聯 關節式機械手的控制系統分析與設計 D.西安 : 西安交通大學機械工程學院 , 2002. 9 郭祖華 ,陳五一 ,陳鼎昌 .6-UPS 型并聯機構的剛體動力學模型 J.機械工程學報 ,2002. 10 黃真 ,孔令富 ,方躍法 .并聯機器人機構學理論及控制 M.北京 : 機械工業出版社 ,1997. 11 李增剛 .ADAMS 入門詳解與實例 M.北京 : 國防工業出版社 , 2006. 12 李 軍 ,邢俊文 ,覃文 杰 ,等 .ADAMS 實例教程 M.北京 : 北京理工大學出版社 , 2002. 13 葉長龍 .工業機器 人的運動學及動力學研究 M.沈陽工業大學 ,2002. 14