机器人管板自动焊接系统关键技术研究

发布时间：2017-09-24 06:29

  本文关键词：机器人管板自动焊接系统关键技术研究

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【摘要】：随着焊接机器人技术的不断发展,越来越多的焊接机器人运用于特种焊接领域。在石油、冶金、轻工、核电等特种制造领域存在着大量的管板焊接。虽然现在管板焊接已开始采用焊接操作架、自动化焊接小车等半自动化、专用化的焊接装备,但这些装置的使用和安装过程复杂,自动化程度不高,焊接工人劳动强度大,工作环境恶劣。针对现有管板焊接设备的局限性,结合国外管板焊接机器人研究成果,本文提出了一种机器人管板自动焊接方法,并就管板自动焊接机器人的若干关键技术问题,进行了以下几个方面的研究:1.通过对焊接作业对象进行分析,根据管板自动焊接机器人设计要求,确定了管板自动焊接机器人的总体方案;研究焊枪中弧长控制机构、焊枪摆动机构、枪头及送丝机构等主要零部件的结构,完成了机器人管板焊接专用焊枪的设计。2.通过对焊接机器人运动学的研究,完成了机器人正逆运动学求解,并对机器人管板焊接过程中焊缝位姿及焊枪位姿模型进行研究,建立了基于焊缝倾角?和焊缝转角?的焊缝位姿模型及基于焊枪工作角?、行走角?及自转角?的焊枪位姿模型,为机器人管板焊接路径规划打下了基础。3.对机器人管板自动焊接过程进行分析,确定了焊缝位姿函数、焊枪姿态函数、机器人可操作性函数等相关的机器人管板自动焊接系统性能指标函数,并据此采用改进遗传算法对机器人管板自动焊接过程和管板焊接空行程路径进行了规划。4.通过对焊接路径规划方法的研究,采用RobotMaster进行管板焊接路径仿真,并通过路径优化结果对比分析验证本文所述路径优化算法的效果。通过RobotMaster生成的管板焊接所需加工代码完成了焊接空行程轨迹再现试验,验证了机器人管板自动焊接的可行性。本文以管板自动焊接机器人为研究对象,设计了机器人管板焊接专用焊枪,对焊接机器人运动学模型、焊缝位置、焊枪位姿、焊接路径规划及路径规划算法等问题进行研究,完成了机器人管板自动焊接过程和管板焊接空行程的路径规划,并通过仿真与试验验证了管板焊接路径规划结果的效果,为后续管板自动焊接机器人系统的研制开发打下了基础。
【关键词】：管板 焊接机器人 改进遗传算法 路径规划 RobotMaster
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TG409
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-17
• 1.1 选题背景及研究意义7
• 1.2 焊接机器人概述7-10
• 1.2.1 焊接机器人研究现状8-9
• 1.2.2 焊接机器人发展趋势9-10
• 1.3 机器人管板自动焊接系统关键技术研究现状10-15
• 1.3.1 管板自动焊接装置研究现状10-14
• 1.3.2 焊接机器人路径规划研究现状14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第二章 管板自动焊接机器人设计17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 管板焊接机器人作业对象17
• 2.3 管板自动焊接机器人设计要求及方案17-20
• 2.3.1 基本设计要求18
• 2.3.2 方案设计18-20
• 2.4 管板焊接机器人结构设计20-24
• 2.4.1 枪头21-22
• 2.4.2 焊枪摆动机构22-23
• 2.4.3 送丝机构23
• 2.4.4 弧长控制机构23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 焊接机器人系统的运动学研究25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 焊接机器人运动学建模25-30
• 3.2.1 机器人数学模型的建立25-27
• 3.2.2 机器人正逆运动学求解27-30
• 3.3 焊缝和焊枪位姿建模30-34
• 3.3.1 焊缝位姿建模30-32
• 3.3.2 焊枪位姿建模32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 机器人管板自动焊接路径规划35-51
• 4.1 引言35
• 4.2 机器人管板焊接路径规划问题分析35
• 4.3 遗传算法实现35-38
• 4.3.1 遗传算法的改进36-37
• 4.3.2 算法性能分析37-38
• 4.4 机器人管板自动焊接系统性能指标函数38-42
• 4.4.1 焊缝位置函数39
• 4.4.2 焊枪姿态函数39-41
• 4.4.3 机器人可操作性函数41
• 4.4.4 机器人运动平稳性函数41-42
• 4.4.5 焊枪路径函数42
• 4.5 机器人管板自动焊接路径规划42-48
• 4.5.1 机器人管板焊接路径规划42-45
• 4.5.2 机器人管板焊接空行程路径优划45-48
• 4.6 本章小结48-51
• 第五章 机器人管板自动焊接路径仿真与试验研究51-61
• 5.1 引言51
• 5.2 RobotMaster简介51-54
• 5.3 机器人管板自动焊接路径仿真54-59
• 5.3.1 换热管与管板模型构建55
• 5.3.2 MasterCAM焊接路径生成55
• 5.3.3 RobotMaster焊接路径仿真55-57
• 5.3.4 路径优化效果对比57-59
• 5.4 焊接轨迹再现试验59
• 5.5 本章小结59-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 主要结论61
• 6.2 进一步研究展望61-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-68
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文及学术成果68

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