船体外板水火加工成型技术,是当前国内外造船业正普遍使用的一种曲面无模成型方法.到目前为止,该加工工艺仍以传统的手工工艺为主,操作技术难度大,技艺难以掌握,成型质量取决于工人手工操作水平.为改变这种现状,实现船体外板水火成型加工的自动化生产,北京航空航天大学和相关单位继续合作承担了第二期国家863项目(项目编号:2001AA421200-02):"大型复杂曲面钢板水火成型机器人"的相关科研工作.该文首先从船体外板水火成型智能机器人(以下简称水火成型机器人)机械本体结构设计入手,结合工程实际情况,着重分析讨论了设计中的若干关键问题和解决方案;继而对与水火成型机器人本体结构设计紧密关联的工艺附件系统关键部件的设计选型进行了详细的计算和分析,同时也对整个机器人布线系统做了相应的分析.该文对水火成型机器人的重要部件—Y轴横梁进行了有限元静力分析和模态分析.采用三维十节点四面体结构单元计算Y轴横梁在各种典型工况下的变形,提取变形规律.在此基础上,对Y轴横梁进行模态分析,求解出前5阶的固有频率和相应频率处的振动模态,验证其设计结构的可行性.同时,也为后续的加工精度分析和误差补偿提供了理论依据.该文同时也对水火成型机器人的核心部件—Y轴横梁进行了有限元应力计算和分析.首先采用三维十节点四面体结构实体单元计算了各种典型工况下Y轴横梁的应力分布情况,然后对其分布规律作了简要分析,为后续优化设计和误差补偿提供了理论依据.此外该文针对水火成型机器人底层轨迹规划,利用线性段及抛物线混合的轨迹规划方法,结合机器人的典型关节的实际使用特点,分析并计算了机械手及小X轴的运动规划参数,然后根据轨迹规划中的直线加速度特性,计算了两种类型驱动电机的参数,分析驱动电机的相关典型特性并合理选择了驱动电机的型号,为控制系统的优化设计提供了参考,也对解决不同应用领域的类似问题有一定的借鉴作用.