本文關(guān)鍵詞：機器人管板自動焊接系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：隨著焊接機器人技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的焊接機器人運用于特種焊接領(lǐng)域。在石油、冶金、輕工、核電等特種制造領(lǐng)域存在著大量的管板焊接。雖然現(xiàn)在管板焊接已開始采用焊接操作架、自動化焊接小車等半自動化、專用化的焊接裝備,但這些裝置的使用和安裝過程復(fù)雜,自動化程度不高,焊接工人勞動強度大,工作環(huán)境惡劣。針對現(xiàn)有管板焊接設(shè)備的局限性,結(jié)合國外管板焊接機器人研究成果,本文提出了一種機器人管板自動焊接方法,并就管板自動焊接機器人的若干關(guān)鍵技術(shù)問題,進行了以下幾個方面的研究:1.通過對焊接作業(yè)對象進行分析,根據(jù)管板自動焊接機器人設(shè)計要求,確定了管板自動焊接機器人的總體方案;研究焊槍中弧長控制機構(gòu)、焊槍擺動機構(gòu)、槍頭及送絲機構(gòu)等主要零部件的結(jié)構(gòu),完成了機器人管板焊接專用焊槍的設(shè)計。2.通過對焊接機器人運動學的研究,完成了機器人正逆運動學求解,并對機器人管板焊接過程中焊縫位姿及焊槍位姿模型進行研究,建立了基于焊縫傾角?和焊縫轉(zhuǎn)角?的焊縫位姿模型及基于焊槍工作角?、行走角?及自轉(zhuǎn)角?的焊槍位姿模型,為機器人管板焊接路徑規(guī)劃打下了基礎(chǔ)。3.對機器人管板自動焊接過程進行分析,確定了焊縫位姿函數(shù)、焊槍姿態(tài)函數(shù)、機器人可操作性函數(shù)等相關(guān)的機器人管板自動焊接系統(tǒng)性能指標函數(shù),并據(jù)此采用改進遺傳算法對機器人管板自動焊接過程和管板焊接空行程路徑進行了規(guī)劃。4.通過對焊接路徑規(guī)劃方法的研究,采用RobotMaster進行管板焊接路徑仿真,并通過路徑優(yōu)化結(jié)果對比分析驗證本文所述路徑優(yōu)化算法的效果。通過RobotMaster生成的管板焊接所需加工代碼完成了焊接空行程軌跡再現(xiàn)試驗,驗證了機器人管板自動焊接的可行性。本文以管板自動焊接機器人為研究對象,設(shè)計了機器人管板焊接專用焊槍,對焊接機器人運動學模型、焊縫位置、焊槍位姿、焊接路徑規(guī)劃及路徑規(guī)劃算法等問題進行研究,完成了機器人管板自動焊接過程和管板焊接空行程的路徑規(guī)劃,并通過仿真與試驗驗證了管板焊接路徑規(guī)劃結(jié)果的效果,為后續(xù)管板自動焊接機器人系統(tǒng)的研制開發(fā)打下了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：管板 焊接機器人 改進遺傳算法 路徑規(guī)劃 RobotMaster
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242;TG409
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-17
• 1.1 選題背景及研究意義7
• 1.2 焊接機器人概述7-10
• 1.2.1 焊接機器人研究現(xiàn)狀8-9
• 1.2.2 焊接機器人發(fā)展趨勢9-10
• 1.3 機器人管板自動焊接系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀10-15
• 1.3.1 管板自動焊接裝置研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3.2 焊接機器人路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容15-17
• 第二章 管板自動焊接機器人設(shè)計17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 管板焊接機器人作業(yè)對象17
• 2.3 管板自動焊接機器人設(shè)計要求及方案17-20
• 2.3.1 基本設(shè)計要求18
• 2.3.2 方案設(shè)計18-20
• 2.4 管板焊接機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計20-24
• 2.4.1 槍頭21-22
• 2.4.2 焊槍擺動機構(gòu)22-23
• 2.4.3 送絲機構(gòu)23
• 2.4.4 弧長控制機構(gòu)23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第三章 焊接機器人系統(tǒng)的運動學研究25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 焊接機器人運動學建模25-30
• 3.2.1 機器人數(shù)學模型的建立25-27
• 3.2.2 機器人正逆運動學求解27-30
• 3.3 焊縫和焊槍位姿建模30-34
• 3.3.1 焊縫位姿建模30-32
• 3.3.2 焊槍位姿建模32-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 第四章 機器人管板自動焊接路徑規(guī)劃35-51
• 4.1 引言35
• 4.2 機器人管板焊接路徑規(guī)劃問題分析35
• 4.3 遺傳算法實現(xiàn)35-38
• 4.3.1 遺傳算法的改進36-37
• 4.3.2 算法性能分析37-38
• 4.4 機器人管板自動焊接系統(tǒng)性能指標函數(shù)38-42
• 4.4.1 焊縫位置函數(shù)39
• 4.4.2 焊槍姿態(tài)函數(shù)39-41
• 4.4.3 機器人可操作性函數(shù)41
• 4.4.4 機器人運動平穩(wěn)性函數(shù)41-42
• 4.4.5 焊槍路徑函數(shù)42
• 4.5 機器人管板自動焊接路徑規(guī)劃42-48
• 4.5.1 機器人管板焊接路徑規(guī)劃42-45
• 4.5.2 機器人管板焊接空行程路徑優(yōu)劃45-48
• 4.6 本章小結(jié)48-51
• 第五章 機器人管板自動焊接路徑仿真與試驗研究51-61
• 5.1 引言51
• 5.2 RobotMaster簡介51-54
• 5.3 機器人管板自動焊接路徑仿真54-59
• 5.3.1 換熱管與管板模型構(gòu)建55
• 5.3.2 MasterCAM焊接路徑生成55
• 5.3.3 RobotMaster焊接路徑仿真55-57
• 5.3.4 路徑優(yōu)化效果對比57-59
• 5.4 焊接軌跡再現(xiàn)試驗59
• 5.5 本章小結(jié)59-61
• 第六章 總結(jié)與展望61-63
• 6.1 主要結(jié)論61
• 6.2 進一步研究展望61-63
• 致謝63-65
• 參考文獻65-68
• 附錄：作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及學術(shù)成果68

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本文編號：909911