基于摆动电弧的三轴立焊机器人关键技术研究

发布时间：2020-06-11 18:07

【摘要】：随着中国“智能制造”创新战略的深入推进,传统制造业的转型升级面临巨大的机遇与挑战。焊接在国民经济建设中起到不可替代的作用,在桥梁、农业机械、国防建设、石油化工、航空航天、工程机械以及海洋工程等领域得到广泛应用。本文针对立焊这种典型工况,在焊接过程中熔滴受重力影响而导致的焊缝成形和焊接质量问题,研发了一种基于摆动电弧的三轴立焊机器人,并对其关键技术和焊接工艺参数进行了深入研究,具体研究内容如下:首先自主研发了基于摆动电弧的三轴立焊机器人。先是对三轴立焊机器人结构设计、焊接自动控制及焊缝成形等基础理论进行了深入阐述,以摆动电弧为基础实现了三轴立焊机器人的框架设计与结构组装。通过对电气控制理论与焊缝跟踪原理的深入研究,采用霍尔传感器和摆动电弧传感器实时反馈焊缝信号,利用单片机控制焊接过程,按键箱与主控箱显示屏实时观测焊缝跟踪状态,从而自主研发出基于摆动电弧跟踪的三轴立焊焊接机器人。其次建立立焊熔池热源模型并提出波形过滤新方法。本文针对重力影响下的立焊熔池成形不稳定,通过对立焊熔池热源与受力分析,根据熔池热源模型,采用sysweld软件对立焊向下与立焊向上的熔池成形进行仿真,深入解析了立焊的焊缝成形理论。在焊接实践中由于波形的信噪比在立焊条件下变化很大,针对焊接信号的处理问题,在常规中值滤波的基础上提出一种修正型中值滤波方法,该方法在常规滤波方法的基础上很好的优化波形,为后续立焊理论研究提供了基础。然后提出三轴立焊焊接机器人的优化方案。针对立焊条件下焊缝成形困难,跟踪难度大的技术性难题,本文在丰富的理论基础与项目经验的的积累下,设计出立焊工况下的焊枪自适应调节装置,通过调节焊枪倾角实现焊缝的良好成形。提出一种基于双激光雷达探测传感器的自动化焊接方法,将激光雷达与焊枪制成一体化,实现激光雷达对焊缝的精确跟踪。最后针对三轴立焊机器人的优化方案进行试验验证。试验表明焊枪倾角的调节和激光雷达跟踪使得三轴立焊焊接机器人的焊接成形效果与跟踪效果显著提高,这为立焊机器人的进一步研究提供了基础。
【图文】：

与跟踪质量；由步进电机控制焊枪旋转，因此可以在焊接过程中对焊接姿态进逡逑行有效调节，能够焊接的两个端头的角点，使得操作的灵活性大大加强，提高逡逑性能值［１５］。机械结构如图１－１所示。逡逑－竖直电机、刹车逡逑ｚ竖直滑块逡逑水平电机逡逑旋转电机逡逑．底座逡逑ｖ邋．尫旋转电弧传感器逡逑图１－１南昌大学立焊机器人逡逑２逡逑

模拟信号转换成数字信号，由信号采集器对硬件滤波后的数字信号进行信号采集，逡逑然后采集信号汇总输送至ＤＳＰ处理器进行偏差信号计算，并将偏差结果转给传逡逑动机构来校正焊枪和焊缝的轨迹偏差，控制原理框图如图１－３所示１２８］。完成一个逡逑摆动周期，焊枪的轨迹要分成四段来分析。在完全对中的情况下，位置ａ左右两逡逑边的电流积分一样，在有偏差的时，位置ａ左右两边电流积极分不一致，通过左逡逑右偏差值将左右偏差提出来，由纠偏算法补偿机器人末端轨迹，实现焊缝自动化逡逑跟踪。原理图如图１－４，，在焊枪对中状态，波形呈现正弦波形状态，当焊枪存在逡逑左右偏差时，波形发生变化，详见图１－５所示。逡逑５逡逑
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG409

【参考文献】

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6 伍光凤;JG785DB钢焊接性及焊接工艺研究[D];重庆大学;2008年

本文编号：2708264