直角转弯移动焊接机器人结构设计与仿真

发布时间：2017-07-07 05:08

  本文关键词：直角转弯移动焊接机器人结构设计与仿真

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【摘要】：随着制造业与信息化水平不断提高以及劳动力成本的增加,世界各国都将工业智能化机器人列为主要发展方向,智能机器人产业化发展越来越受到世界各国的高度关注。自主移动焊接机器人作为一种新型的智能化制造装备,广泛应用于大型钢结构制造现场,特别是造船业。本文针对大型船舶焊接工作中存在的格子型焊接构件,包含大量平面直角焊缝,焊接工作量大、自动化程度低、工作环境恶劣且空间狭小等特点,基于旋转电弧传感器和虚拟样机技术设计一种自动化移动焊接机器人,可提高船舶焊接自动化生产水平。首先,根据焊接机器人国内外研究现状,总结焊接机器人机构特点以及焊缝传感类型,根据旋转电弧传感器设计了一套基于二级跟踪策略的小型化移动焊接机器人运动机构,包含轮式移动平台和二维精确定位平台,并通过数学建模开展研究。其次,针对现用旋转电弧传感器振动大的缺点,运用动平衡理论分析其结构特点后,基于虚拟样机技术建立参数化模型并进行优化分析,最终应用动平衡设备对物理样机进行实验测量,完成优化设计并保证机器人在焊接工作时不受振动影响,提高了焊接质量。再次,应用机器人运动学原理,建立直角转弯移动焊接机器人的运动学模型,对其进行偏差分析。对机器人在直角转弯过程中的不同阶段进行分析并完成运动学规划,为实现高性能控制算法和控制策略提供理论依据。最后,应用ADAMS建立直角转弯移动焊接机器人虚拟样机模型,并进行仿真分析。基于仿真分析建立物理样机焊接系统,完成跟踪实验并在船体焊接现场进行实际生产焊接,结果表明移动焊接机器人各性能指标达到设计要求并满足实际生产的需要。
【关键词】：移动焊接机器人 旋转电弧传感器 动平衡 运动规划 虚拟样机
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TG409
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 课题来源、研究目的与意义9-11
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 研究目的与意义9-11
• 1.2 焊接机器人研究现状11-17
• 1.3 焊缝跟踪技术及相关传感器17-19
• 1.4 虚拟样机技术在工业中的应用19-21
• 1.5 本课题目标及研究内容21-22
• 1.6 本章小结22-23
• 第2章 直角转弯移动焊接机器人结构设计23-41
• 2.1 引言23
• 2.2 移动焊接机器人移动平台设计23-33
• 2.2.1 移动平台选型23-24
• 2.2.2 移动平台驱动功率估算24-27
• 2.2.3 驱动模块设计27-28
• 2.2.4 可调节吸附模块设计28-31
• 2.2.5 移动焊接机器人本体建模及相关传感31-33
• 2.3 二维精确定位平台设计33-38
• 2.3.1 二维运动方案选型33-34
• 2.3.2 水平运动机构设计34-35
• 2.3.3 垂直运动机构设计35-36
• 2.3.4 二维精确定位平台建模及相关传感36-38
• 2.4 直角转弯移动焊接机器人整体设计及模型建立38-40
• 2.4.1 主控制箱设计38
• 2.4.2 机体保护罩及按键模块设计38-40
• 2.4.3 直角转弯移动焊接机器人三维模型40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 旋转电弧传感器动平衡实验与优化41-61
• 3.1 引言41
• 3.2 现用旋转电弧传感器结构及存在的问题41-43
• 3.3 动平衡原理43-44
• 3.4 基于ADAMS的旋转电弧传感器动平衡研究44-54
• 3.4.1 ADAMS参数化建模44-45
• 3.4.2 ADAMS参数化分析45-46
• 3.4.3 ADAMS优化设计原理46-47
• 3.4.4 旋转电弧传感器仿真实验分析47-54
• 3.5 旋转电弧传感器物理样机实验54-58
• 3.5.1 动平衡用实验设备54-55
• 3.5.2 旋转电弧传感器动平衡实验55-58
• 3.6 缆线连接减振装置设计及焊接实验58-60
• 3.6.1 缆线连接减振装置设计58-59
• 3.6.2 旋转电弧传感器实物及焊接实验59-60
• 3.7 本章小结60-61
• 第4章 移动焊接机器人运动学分析与直角转弯轨迹规划61-80
• 4.1 引言61
• 4.2 机器人运动学61-64
• 4.2.1 机器人运动学理论基础61-64
• 4.2.2 机器人D-H变换64
• 4.3 移动焊接机器人运动学建模64-70
• 4.3.1 移动焊接机器人偏差分析64-67
• 4.3.2 移动焊接机器人运动学分析67-70
• 4.4 移动焊接机器人直角转弯运动学规划70-79
• 4.4.1 移动焊接机器人在直角转角处转弯形式70-73
• 4.4.2 移动焊接机器人直角转弯分析与规划73-79
• 4.5 本章小结79-80
• 第5章 直角转弯移动焊接机器人虚拟样机分析与系统建立80-91
• 5.1 引言80
• 5.2 基于ADAMS的直角转弯移动焊接机器人仿真分析80-87
• 5.2.1 直角转弯移动焊接机器人虚拟样机建立80-82
• 5.2.2 直角转弯移动焊接机器人仿真分析82-87
• 5.3 直角转弯移动焊接机器人系统建立87-90
• 5.3.1 直角转弯移动焊接机器人原理样机87
• 5.3.2 焊缝跟踪实验与焊接现场应用情况87-90
• 5.4 本章小结90-91
• 第6章 结论与展望91-93
• 6.1 结论91
• 6.2 展望91-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-99
• 攻读学位期间的研究成果99

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本文编号：528918