异径交叉管道焊接机械臂结构设计与分析

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随着制造业的蓬勃发展,中国人口的老龄化进一步加剧,以及劳动力体系构造的不断革新,越来越多的工业机械臂应用于生产实践中。焊接工艺在机械加工中占有至关重要的作用,因此焊接机械臂同样也是工业机械臂的重要组成部分。近年来制造业自动化程度不断升级,自动化要求也在不断提高,对于焊接机械臂的灵活度、定位精度、运动性能等方面也提出了越来越高的要求。本文结合项目需求,设计了一款用于异径交叉管道的刚柔耦合焊接机械臂,首先分析了待焊接工件的结构特点、尺寸以及焊接要求,由于管道系统焊接复杂,对焊接密封性以及机械臂的运动灵活度提出了较高的要求,遂本文提出了刚柔耦合的运动方案以满足实际生产需要。其次,本文分别对刚柔耦合焊接机械臂的结构进行设计,分析其运动自由度、工作范围,并结合其工作端柔性关节确定机械臂整体有效载荷以及重复定位精度。按照结构参数进行机械结构设计,采用了模块化设计理念,对焊接机械臂进行模块化设计,由运动性能需要把机械臂整体模块划分为三个,依次为基座传动模块;关节滑动模块;腕部转动模块。分别设计了驱动关节,传动结构,柔性关节液压囊,完成了关键杆组以及整体结构。刚性机械臂底座采用RPPR连接形式的4自由度构型,结合柔性关节对轨迹误差补偿从而提高定位精度,确定了刚柔耦合焊接机械臂方案。对本项目所设计的刚柔耦合焊接机械臂刚性底座进行运动学求解,完成柔性关节的建模,分析其运动位姿及运动范围,进行刚柔耦合运动包络确定。最后,采用ANSYS对关键零件进行强度校核,对承载臂进行了静力学分析和疲劳分析,对整体机械臂进行了可靠性验证。对刚柔耦合焊接机械臂进行工作状态分析,确定关键易损坏的零件,对其分别进行静力学分析、疲劳分析以及可靠性分析,推算焊接机械臂的使用寿命。通过本文内容,对刚柔耦合焊接机械臂进行了结构设计、运动性能、力学分析以及关键零件的校核,实现了密闭管道系统焊接所需硬件设计的工作要求。图[50]表[6]参[73]
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