桥式双梁起重机主梁移动焊接机器人机构设计及仿真

发布时间：2017-06-21 00:02

  本文关键词：桥式双梁起重机主梁移动焊接机器人机构设计及仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：根据对双梁桥式起重机箱型主梁焊接制造工艺的分析,本文设计出一台针对箱型主梁两条长焊缝的移动焊接机器人,实现了两条长焊缝的自动焊接。通过分析两条长焊缝的特点以及焊缝轨迹的分析,提出移动焊接机器人的PPR型三自由度总体机构方案,其三自由度是:实现车架水平方向移动的平移自由度、实现升降架垂直方向移动的平移自由度和实现焊枪转动的旋转自由度,满足了双梁桥式起重机主梁长焊缝的焊接要求,可焊最大距离22.5米。选定了各自由度的具体机构实现以及机器人供电方式,将机器人按各自由度的机械实现划分为三大模块,依次对各模块进行机构设计、功率计算、电机选型。基于机器人运动学理论知识,建立了移动焊接机器人D-H坐标系,并求解出移动焊接机器人的运动学正解与逆解。对两条长焊缝进行了轨迹规划:根据微分方程数值求解与拟合的分析对上拱曲线焊缝水平方向移动速度进行了线性替换,并验证了合理性;对多折曲线焊缝进行代数推导并算得各电机转速规律。通过Creo Parametric软件完成了移动焊接机器人的三维实体建模,并将三维模型导入Adams/view软件分别进行两条焊缝的运动仿真,通过Adams/Postprocess模块输出仿真曲线,结果表明位移和速度仿真曲线与预期相符,上拱曲线焊缝位移最大偏差0.0861mm,多折曲线焊缝位移最大偏差0.356mm,两条焊缝速度最大偏差都小于0.001mm/s,仿真误差在允许范围内,从而验证了移动焊接机器人运动学建模的合理性。对焊接过程中轨迹误差起因进行了分析,并提出基于一维PSD的焊缝误差检测方案,对延时与超前两种情况下的误差检测数据进行研究处理并算出实际补偿误差,构造出带误差衰减函数的机器人末端轨迹方程,将此方程的逆解输入控制端从而完成误差补偿,并通过MATLAB仿真验证,结果表明补偿方案合理,补偿系数K越小,误差消除速度越快。
【关键词】：移动焊接机器人 运动学模型 轨迹规划 运动仿真 误差补偿
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH215;TG409
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 机器人发展简述及其分类9-10
• 1.1.1 国内机器人发展略述9
• 1.1.2 国外机器人发展略述9-10
• 1.1.3 机器人分类10
• 1.2 工业机器人发展现状10-11
• 1.3 移动焊接机器人技术的研究现状11-15
• 1.4 研究内容及技术路线15-17
• 1.4.1 研究内容15
• 1.4.2 技术路线15-17
• 第二章 移动焊接机器人总体方案设计17-26
• 2.1 主梁焊接工艺分析17-18
• 2.2 机器人焊接方法的选择18
• 2.2.1 焊接方法简介18
• 2.2.2 二氧化碳气体保护自动焊焊接系统18
• 2.3 焊接工艺的确定18-19
• 2.3.1 焊枪位姿18-19
• 2.3.2 焊接参数19
• 2.3.3 焊接前处理19
• 2.4 主梁焊缝轨迹的分析19-21
• 2.4.1 上拱曲线焊缝19-21
• 2.4.2 多折曲线焊缝21
• 2.5 移动焊接机器人机构方案设计21-24
• 2.5.1 机器人机构总体方案拟定22
• 2.5.2 水平移动方案22-24
• 2.5.3 垂直移动方案24
• 2.6 移动焊接机器人供电方案24-25
• 2.7 本章小结25-26
• 第三章 移动焊接机器人本体设计与选型26-36
• 3.1 焊枪旋转模块设计26-27
• 3.1.1 二保焊枪选型27
• 3.1.2 焊枪旋转电机选型27
• 3.2 焊枪垂直移动模块设计27-31
• 3.2.1 滚珠丝杠与驱动电机28-29
• 3.2.2 滑块与导向机构29-30
• 3.2.3 轴承、联轴器选型30
• 3.2.4 焊枪垂直移动平台30-31
• 3.3 焊枪水平移动模块设计31-34
• 3.3.1 底座导轨、车架滑块的选型31
• 3.3.2 齿条设计选型31
• 3.3.3 移动车架设计及焊机、气瓶等安置31
• 3.3.4 驱动电机选型31-34
• 3.4 移动焊机机器人机构总装34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 移动焊接机器人运动学分析36-48
• 4.1 机器人位姿描述的数学基础36-38
• 4.1.1 位置与方位描述36
• 4.1.2 平移与旋转的齐次变换矩阵描述36-38
• 4.2 基于D-H坐标描述法的机器人运动学正解38-39
• 4.2.1 D-H坐标变换原理38
• 4.2.2 移动焊机机器人的D-H坐标描述38-39
• 4.3 移动焊接机器人运动学正解与逆解39-41
• 4.4 移动焊接机器人上拱曲线焊缝轨迹规划41-44
• 4.4.1 非线性轨迹微分方程的数值求解41-42
• 4.4.2 上拱曲线焊缝轨迹拟合与插值分析42-44
• 4.4.3 上拱曲线焊缝各电机运动规律解析式44
• 4.5 移动焊接机器人多折曲线焊缝轨迹规划44-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第五章 移动焊接机器人建模与仿真48-60
• 5.1 基于Creo2.0 的移动焊接机器人建模48-51
• 5.1.1 Creo Parametric零件参数化建模与整机装配48-50
• 5.1.2 总装模型的缺陷检测与焊枪调节的限位分析50-51
• 5.2 基于Adams的移动焊接机器人运动学仿真51-58
• 5.2.1 各运动模块的运动副定义实现52-53
• 5.2.2 上拱曲线焊缝仿真前处理53-54
• 5.2.3 上拱曲线焊缝仿真后处理54-56
• 5.2.4 多折曲线焊缝仿真前处理56-57
• 5.2.5 多折曲线焊缝仿真后处理57-58
• 5.3 本章小结58-60
• 第六章 移动焊接机器人误差分析与处理60-66
• 6.1 焊接轨迹误差检测方案60-63
• 6.2 焊接轨迹误差补偿方案63-65
• 6.3 本章小结65-66
• 第七章 结论与展望66-68
• 7.1 结论66
• 7.2 展望66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利72-73
• 致谢73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴林;张广军;高洪明;;焊接机器人技术[J];中国表面工程;2006年S1期

2 ;焊接自动线和焊接机器人[J];机械制造文摘(焊接分册);2008年01期

3 ;2012’中国焊接产业论坛(一号通知)——焊接机器人[J];金属加工(热加工);2012年06期

4 刘伟斌;李勇;王永刚;朱瑞博;;焊接机器人工作站优化设计与应用[J];金属加工(热加工);2012年18期

5 李自轩;田斌;王润之;;焊接机器人的盛宴[J];金属加工(热加工);2012年14期

6 李丽;龙卫权;;首台焊接机器人入驻桂林橡机[J];橡塑技术与装备;2013年06期

7 ;桂林橡机厂首台焊接机器人“上岗”[J];金属加工(热加工);2013年10期

8 龚逸文;;焊接机器人装置[J];焊接技术;1986年05期

9 ;金兴达公司引进焊接机器人[J];金属加工(热加工);2014年06期

10 毛鹏军,黄石生,李阳,薛家祥,王秀媛,陆沛涛;焊接机器人技术发展的回顾与展望[J];焊接;2001年08期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 郭勇;;焊接机器人系统的应用[A];中西南十省区（市）焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年

2 张东卫;王建强;高锋;王建辉;李北群;成二辉;王志强;;焊接机器人在海洋工程行业的应用探索[A];第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集(下)[C];2011年

3 刘升鹏;叶桦;王丹;;工业焊接机器人安全保护系统的设计与实现[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第一分册）[C];2009年

4 蒋力培;薛龙;邹勇;黄继强;梁亚军;;智能焊接机器人研究与应用[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年

5 戴光平;;摩托车焊接专机及焊接机器人技术经济刍析[A];重庆汽车摩托车、焊接、涂装学术研讨会文集[C];2000年

6 戴光平;;焊接机器人故障诊断及维修技术[A];重庆汽车摩托车、焊接、涂装学术研讨会文集[C];2000年

7 李庆;孟基海;王蕾;;焊接机器人在长安汽车股份公司的应用及存在问题[A];与时俱进 追求卓越——中国机械工程学会焊接学会四十周年、中国焊接协会十五周年纪念文集[C];2002年

8 侯建伟;武亚鹏;;焊接机器人出现气孔的排查方法及解决措施[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年

9 马蓉;李春亮;覃剑;;焊接机器人在工程机械制造中的应用与研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年

10 王治富;李丽芹;冯唯;;焊接机器人在解放卡车焊装线的应用[A];第三届十省区市机械工程学会科技论坛暨黑龙江省机械工程学会2007年年会论文（摘要）集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 彭华;四川建安工业有限责任公司：建成我市首条焊接机器人生产线[N];雅安日报;2009年

2 杜伟伟;国内投入使用首条船舶焊接机器人生产线[N];中国船舶报;2008年

3 记者 汪永安;科学岛研发五自由度焊接机器人[N];安徽日报;2013年

4 广言;大宇成功研发LNG船用焊接机器人[N];中国船舶报;2008年

5 周鲁;新研股份启用焊接机器人生产线[N];中国县域经济报;2013年

6 曹勇邋周铮;“昆山Ⅰ号”正在申报8项专利[N];新华日报;2007年

7 记者 周鲁;拟启用焊接机器人生产线 新研股份抢滩玉米收获机市场[N];上海证券报;2013年

8 于洋;智能焊接机器人完成高难项目[N];科技日报;2007年

9 杜伟伟;江苏科大开展焊接机器人装备攻关[N];中国船舶报;2008年

10 金恭;“鸟巢”工程机器人显身手[N];建筑时报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 叶艳辉;小型移动焊接机器人系统设计及优化[D];南昌大学;2015年

2 杜宏旺;接管焊接机器人关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 洪波;电弧传感移动式焊接机器人的数学建模及仿真[D];湘潭大学;2005年

4 毛志伟;旋转电弧传感移动焊接机器人机构设计与仿真[D];南昌大学;2007年

5 罗雨;海底管道铺设焊接机器人系统研究[D];北京化工大学;2012年

6 任福深;基于PC+DSP模式的管道插接专用焊接机器人系统研究[D];北京工业大学;2009年

7 李鹤喜;基于视觉反馈的焊接机器人自主示教关键技术研究[D];华南理工大学;2010年

8 梁志敏;遥控焊接机器人任务空间的三维重建研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 龚成;船舶制造爬行式焊接机器人控制系统的研究[D];华南理工大学;2015年

2 梅寒;焊接机器人专用MAG逆变焊接电源设计及工艺试验[D];北京建筑大学;2015年

3 付晓龙;管—管相贯线焊接机器人运行轨迹及焊接工艺的研究[D];上海工程技术大学;2015年

4 张小光;重载焊接机器人系统建模与仿真研究[D];沈阳大学;2015年

5 姜家高;应用于焊接机器人的变位机控制研究[D];沈阳大学;2015年

6 李生保;大直径对接管焊接机器人的研究[D];内蒙古工业大学;2015年

7 廖继芳;六自由度焊接机器人样机制作及动态性能的研究[D];广西大学;2015年

8 彭园;移动焊接机器人控制系统硬件设计[D];南昌大学;2015年

9 江民新;XYZR焊接机器人小车结构设计及特性研究[D];南昌大学;2015年

10 沈迪超;焊接机器人运动路径优化仿真分析[D];长春理工大学;2015年

  本文关键词：桥式双梁起重机主梁移动焊接机器人机构设计及仿真，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：467160