盾构机构件机器人焊接轨迹可达性研究

发布时间：2020-05-15 02:27

【摘要】：盾构机作为一种隧道掘进的专用工程机械已经广泛应用于地铁、铁路、公路、市政和水电等隧道工程。在盾构机的制造过程中,焊接工作量巨大,焊接工时长,而且对焊缝质量有较高的要求。目前,我国盾构机的生产厂家多采用人工焊接方法,生产效率低下,焊接质量一致性难以保障,实现盾构机焊接自动化势在必行。盾构机由于其非标定制的特点,给工作站开发带来了一定困难。本文从盾构机构件焊缝轨迹可达性入手,提出焊接工作站结构优化的方法。并开发新型轨迹纠偏系统,保证焊接质量。首先,本文分析了工件安放对轨迹可达性的影响。针对盾构机焊接工作站机器人与变位机配合的结构,通过计算机器人固定焊枪姿态工作空间,得到工件焊缝能够焊接的范围。并通过计算机器人与变位机配合的有效工作空间,得到机器人与变位机最佳的相对位置。然后,本文分析了具体工件结构对轨迹可达性的影响。当工件结构较为复杂时,不能仅仅分析焊缝是否处于工作空间内得到可达性的结论,工件的结构也会对焊缝的可达性造成影响。通过对比分析原始结构和优化结构对各个典型工件的可达性水平,证明优化结构能够完成绝大多数工件的焊接,优化效果明显。接着分析了各个工件结构对工作站结构的影响,提出更换焊枪和增加机器人高度调整机构的方法进一步优化工作站结构,从而满足所有典型工件的可达性要求。最后,针对盾构机盾体长直焊缝多层多道焊焊缝跟踪的问题,提出了人机交互机器人实时控制策略,开发了人机交互的实时纠偏控制系统。人机交互界面基于.Net平台开发,通过摄像头获取焊缝区图像判断焊枪偏移方向和是否需要进行调节。控制系统以PLC为控制核心,通过机器人RSI接口发送纠偏指令,实现了对焊枪位置的实时调节。控制系统控制精度达到0.1 mm,能够满足焊接需要。焊接实验证明,该控制系统能够较好的满足机器人多层多道焊焊缝跟踪要求。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG409;U455.39

【参考文献】