基于6-PTRT的螺旋锥齿轮齿顶倒角机器人研究与开发

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螺旋锥齿轮由于结构紧凑、运动稳定、传动效率高等优点,广泛应用于汽车、农机、机床等领域。齿顶倒角可消除齿轮沿齿长方向的尖角,从而减少应力集中,使啮合平稳,延长齿轮使用寿命。螺旋锥齿轮齿顶倒角面为空间曲面,倒角加工复杂,行业内主要依靠人工磨削实现,工人劳动强度大且产品质量难以保证。经过详细研究螺旋锥齿轮加工及并联机床的发展与现状,提出了基于6-PTRT并联机构的螺旋锥齿轮齿顶倒角机器人(以下简称齿顶倒角机器人),以减轻工人的劳动强度,提高加工效率和精度。本文主要研究成果如下。1)设计了齿顶倒角机器人结构及其控制系统硬件平台。该结构经过自由度计算可以满足螺旋锥齿轮齿顶倒角要求。2)进行了齿顶倒角机器人运动学分析。在齿顶倒角机器人动平台位姿变换基础上,解算了齿顶倒角机器人的运动学逆问题,并结合机器人几何关系提出了逆解选择方法。3)计算了齿顶倒角机器人工作空间。分析了齿顶倒角机器人的几何约束,结合运动学分析提出了齿顶倒角机器人工作空间的三维搜索算法。在Matlab中使用该算法给出了倒角机器人样机的工作空间计算实例。4)研究了基于CAD的齿顶倒角NC代码自动编程。分析了倒角加工原理及NC代码格式要求,提出了齿顶倒角NC代码自动编程的关键算法,并使用UG/Open二次开发工具编制了NC代码自动编程模块。5)开发了齿顶倒角机器人控制系统软件。分析了系统的功能需求,详细设计了NC代码读取、编译、检查、插补等功能,在Windows平台上采用LabVIEW和Visual C++软件编制了该控制系统软件。本文设计的控制系统软件已在螺旋锥齿轮齿顶倒角样机上调试运行,实践证明该系统的轨迹检查可以有效避免误操作,提高系统的使用安全性。控制系统界面友好、操作简便,可以实现螺旋锥齿轮的倒角加工需求。
摘要第4-5页
Abstract第5页
目录第7-10页
第一章 绪论第10-18页
    1.1 课题背景第10-11页
    1.2 螺旋锥齿轮倒角加工历史与现状第11-13页
        1.2.1 国内外螺旋锥齿轮加工发展历史第11-12页
        1.2.2 螺旋锥齿轮齿顶倒角加工研究现状第12-13页
    1.3 并联机床的发展历史与研究现状第13-16页
        1.3.1 并联机床原理及特点第13页
        1.3.2 国内外并联机床的研究现状第13-16页
    1.4 课题来源及主要研究内容第16-18页
        1.4.1 课题来源第16页
        1.4.2 课题主要研究内容第16-18页
第二章 齿顶倒角机器人结构与控制方案设计第18-24页
    2.1 齿顶倒角机器人结构设计第18-20页
        2.1.1 结构设计第18-19页
        2.1.2 自由度计算第19-20页
    2.2 齿顶倒角机器人控制系统硬件结构设计第20-23页
        2.2.1 控制系统性能要求第20页
        2.2.2 控制系统基本结构第20-21页
        2.2.3 齿顶倒角机器人硬件平台设计第21-23页
    2.3 本章小结第23-24页
第三章 齿顶倒角机器人运动学及工作空间分析第24-39页
    3.1 动平台位姿变换第24-26页
        3.1.1 欧拉角姿态描述法第24-25页
        3.1.2 姿态变换第25-26页
    3.2 位置逆解分析与逆解选择方法第26-27页
        3.2.1 位置逆解分析第26-27页
        3.2.2 逆解选择方法第27页
    3.3 齿顶倒角机器人几何约束分析第27-30页
        3.3.1 丝杠行程约束第28页
        3.3.2 虎克铰圆锥摆角约束第28-29页
        3.3.3 连杆干涉约束第29-30页
    3.4 工作空间求解与计算实例第30-38页
        3.4.1 工作空间概述第30-31页
        3.4.2 工作空间分析第31-32页
        3.4.3 关键技术第32-35页
        3.4.4 工作空间计算实例第35-38页
    3.5 本章小结第38-39页
第四章 基于CAD的齿顶倒角NC代码自动编程第39-53页
    4.1 数控编程方法简介第39-40页
        4.1.1 手工编程第39页
        4.1.2 计算机辅助数控编程第39-40页
    4.2 齿顶倒角NC代码自动编程模块设计第40-45页
        4.2.1 需求分析第40-41页
        4.2.2 齿顶倒角加工原理第41页
        4.2.3 关键技术第41-44页
        4.2.4 接口分析第44-45页
    4.3 齿顶倒角NC代码自动编程模块实现第45-52页
        4.3.1 UG/Open二次开发技术简介第45-46页
        4.3.2 模块开发过程第46-48页
        4.3.3 模块使用实例第48-52页
    4.4 本章小结第52-53页
第五章 齿顶倒角机器人控制系统软件设计与开发第53-64页
    5.1 软件功能分析第53-55页
        5.1.1 功能需求分析第53-54页
        5.1.2 人机界面设计第54-55页
    5.2 软件功能详细设计第55-60页
        5.2.1 读取及编译NC代码第55-56页
        5.2.2 显示待加工轨迹第56-57页
        5.2.3 NC程序检查第57-58页
        5.2.4 齿顶倒角轨迹插补第58-60页
    5.3 控制系统使用实例第60-63页
    5.4 本章小结第63-64页
第六章 总结与展望第64-65页
    6.1 全文总结第64页
    6.2 展望第64-65页
参考文献第65-70页
攻读硕士学位期间发表的学术论文第70-71页
致谢第71页
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