小型喷浆机器人虚拟样机开发

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1、小型喷浆机器人虚拟样机开发摘要：基于SolidWorks对小型喷浆机器人进行虚拟样机的开发。并建立了小型喷浆机器人的虚拟样机模型。通过对机器人完成虚拟样机的造型建模，部分工作情况的静态分析、动态仿真，为机器人某些分析提供必要的理论数据，并在机器人虚拟样机的基础上，实现对机器人有关零部件的有限元分析、运动仿真。指导教师意见：12引言：本课题研究的目的是通过对小型喷浆机器人虚拟样机的开发，进一步学习虚拟样机技术的应用，对SolidWorks三维造型软件的灵活运用及利用COSMOSMotion软件中提供的可对运动仿真中的干涉帧进行显

2、示的功能、并进行有限元分析。通过本次研究，加深了对专业知识的掌握及灵活运用，提高了动手能力，增强了解决和处理问题的能力。对今后的学习和工作起到了很大的帮助。一、查阅资料和学习。首先，查找有关虚拟样机方面的书籍和论文，学习对虚拟样机技术的了解和应用。再次，通过对SolidWorks零件设计、SolidWorks高级曲线曲面实例解析、SolidWorks高级装配、SolidWorks动画演示和运动分析实例解析、SolidWorks及COSMOSMotion机械仿真等其他SolidWorks方面书籍的学习，加强了对SolidWork

3、s的掌握及灵活运用。二、用SolidWorks三维造型软件对小型喷浆机器人进行三维建模。人在设计零件时的构思是三维的，是有颜色、材料、硬度、形状、尺寸、位置、相关零件、等等关联概念的三维实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。用三维CAD软件，就能实现装配等复杂设计过程，使设计更加符合实际设计过程；随着零件复杂程度的增加，更需要用三维软件来设计，以便能更好的表达设计意图。在三维软件设计中，产品的装配关系和所属的父子关系很清晰，可以把产品的设计BOM带到PDM系统内，为在PDM内生成采购BOM,制造BOM提供正确的信息。图

4、1RPJ-X型喷砼机器人结构示意图12依据小型喷浆机器人图纸，基于SolidWorks进行三维建模、装配及部分分析。其中：主要部分零件示意图：图2喷枪管图3齿轮壳图4齿轮轴图5小旋转臂12图6支柱体图7摆臂图8大臂图图9大拉杆12图10底座图11摆柄体图12轴承底座图13齿轮箱图14油箱12图15油马达图16连接架体图17‘蜗壳背面图17蜗壳前面图18联轴器由于小喷浆机器人结构复杂，零件很多，只能例举出部分主要零件，多数零件不可能都列出来。在进行三维造型中，遇到的问题是一些曲面造型，因曲面造型需设定多个基准面，通过几个不同的特

5、征完成曲面造型；由于图纸都是二维的，在三维造型中，需要一定的空间思维能力、想象能力。在造型过程中，增强了立体感、空间想象能力；12机械原理、机械设计等专业知识的进一步加深。三、对各个零件进行装配。用虚拟装配技术检查并消除了装配干涉问题提高了工作效率，避免了返工浪费；对所有零部件的重量、质心、惯性张量等一些参数得到了及时、准确的提取，为机器人的运动分析等提供了科学的依据。装配部件示意图如下：图19喷枪装配图2图20枪杆装配图21小旋转臂装配12图22大臂装配图23从动体装配图24驱动车轮装配图26箱体装配图25行走部件装配在完成

6、对各个部件的运动检查之后，又实现了对机器人的整体装配。对虚拟装配后的喷砼机器人样机，同样进行了运动与碰撞检验，获得了可靠的设计依据。12图27整体装配四、基于虚拟样机的力学分析下面以大臂为代表，说明对机器人构件的力学分析过程。大臂后端固定，中间加铰链，前端加力如下：竖直向下的力：2000N，包括部件1、2、3的总重量和管子、浆的质量。沿大臂的力：25000N。大臂受力情况，可以转入到COSMOSWorks软件中进行处理。在COSMOSWorks软件中对大臂的伸缩臂，在静态分析模式下，首先对其进行了网格划分，对其有限元分析的网格

7、划分情况如图28所示。然后按照实际的边界条件，代入上述的力学分析结果，对其进行了静力学分析运算，并且输出了该工件的应力分析云图、位移云图和应变云图等分析结果。由有限元分析结果可知，相对来说其应变和应力方面是比较安全的，其应力和应变都远远安全范围之内。对大臂设计的主要关注对象应该是它的刚性问题。图28有限元网格划分12图29位移云图图30应变云图图31应力云图采用参数化实体造型技术，为小型喷浆机器人完成了虚拟样机的实体造型。获得了机器人的一些物理参数，为机器人分析提供了准确的分析数据。12同时，完成了对机器人虚拟装配和虚拟关节运

8、动的测试，找出了干涉部位，消除了设计隐患。还可以运用虚拟样机，结合机器人运动学分析理论，基于COSMoSmotion对机器人实现了工艺运动过程仿真。下图为机器人运动仿真截图：分析喷枪的速度及加速度情况：（1）质心速度幅值：（2）质心加速度幅值：12（3）平均加速度幅值：（3）