焊接机器人系统毕业设计论文.docx

焊接机器人系统毕业设计论文XXXisoneofthemostXXXmanufacturingonuclearindustryonandaerospaceoXXXopetrochemicalsonoXXXoWiththedevelopmentofscienceandtechnologyoweldinghasevolvedfromasimplemethodofcomponentnandXXXandameansofproducingprecise-sizedproductsoHoweveroXXXofmodernhigh-techproductXXXoXXXweldingproductqualityoimprovingproductivityoandXXXinthedevelopmentofmodernXXXocomputertechnologyonumericalcontroloandroboticshasXXXweldingprocessesoandhasXXXweldingoInthepast20yearsomanyresearchandnresultshavebeenachievedinthefieldsofsemi-automaticweldingospecializedequipmentoandautomaticXXXoindicatingthatthenofXXX21stcenturyoXXXoXXXnmethodomakingautomaticweldingofsmallandmediumbatchesofproductspossible.XXXoengineeringmachineryoandmotorcyclesoXXXefficiencyandqualityoAtthesametimeoithasimprovedtheXXXothearm-typerobotowhichiscurrentlythemostautomatedintheweldingfieldohastwoXXXwhenused:oneisitssmallrangeofnobecauseitislikeanarmowithalengthof1.5-2metersowhichisalsoitsoperatingradiusosotheweldedworkpiececannotbetoolongoandthemaximumrangecannotexceed2metersoThesecondisthatitmustbeXXXtoworkoanditisXXXirregularweldsoespeciallywhentheXXXomanylargeworkpiecesareverylargeandmustbeweldedon-siteoForexampleolargeoilstorageXXXindustryousshipsintheshipbuildingindustryoXXXoXXXweldingpathsotrackingweldsoandadjustingweldingparametersonlinehashighXXXweldingrobotsoduetotheirgoodmobilityostrongicnoandhighintelligenceoXXXisnotyetperfectomobilerobotsareagoodXXXweldingwithoutrailsoguidanceoorXXX.ThecurrentresearchstatusofXXX.自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和VerSatra型工业机器人以来，越来越多的工业机器人被投入生产使用中。其中大约有一半是焊接机器人。焊接机器人是在工业机器人上装备焊接系统，如送丝机、软管、焊枪、焊炬或焊钳，并配备相应的焊接电源，形成自动化焊接装备。焊接机器人的发展经历了三代。第一代是指基于示教再现工作方式的焊接机器人。由于其具有操作简便、不需要环境模型、示教时可修正机械结构带来的误差等特点，在焊接生产中得到大量使用。第二代是指基于一定传感器信息的离线编程焊接机器人。得益于焊接传感器技术和离线编程技术的不断改进,这类机器人现已进入应用研究的阶段。第三代是指装有多种传感器，接收作业指令后能根据客观环境自行编程的高度适应性智能焊接机器人。由于人工智能技术的发展相对滞后，这一代机器人正处于试验研究阶段。随着计算机控制技术的不断进步，使焊接机器人由单一的示教再现型向多传感、智能化方向发展将成为科研人员追求的目标。目前，焊接机器人的技术水平在不断的进步。几乎所有焊接机器人都采用交流伺服电机驱动，这种电机因为没有电刷,故障率很低。控制器中普遍采用32位的计算机，除了可以控制机器人本体的5-6个轴外，还可以使外围设备和机器人协调联动。例如，XXX的新型焊接机器人控制器NX100技术中，一台控制器能同时控制四台机器人共36轴（每台机器人有本体6个轴，3个外部轴），并且能够使用软P1.C对周围装置进行控制。与NX100配套的示教盒也采用了功能强大的WindowsCE操作系统。瑞士的ABB等其他公司也有类似的控制器产品，如XXX的第五代机器人控制器IRC5.配套焊接系统在技术上有了很多新的进展。XXX在1993年的埃森展览会上将旋转电弧焊技术用于弧焊机器人，实现了焊缝跟踪的高精度。该公司还于1993年首次销售内藏焊机的机器人，通过数字通讯技术实现了焊机和机器人的结合。2004年，XXX研制出了TAWERS机器人，实现了焊机和机器人的融合，使得焊接系统更加小型化和精确控制。焊接是工业机器人应用最重要的领域之一。我国在焊缝自动跟踪方面取得了长足发展，技术水平不断提高，并取得了许多应用成果。我国已经发展了各种类型的传感器技术，控制坐标已从单坐标和双坐标发展到了多坐标。从20世纪70年代末开始，XXXXXX院士对电弧传感焊缝跟踪做了大量研究。80年代末，XXX在电弧传感器结构及控制方面又进行了新的研究，研制出一种空心马达式高速旋转扫描电弧传感器，并成功地对一种无道轨的自动小车进行跟踪控制，获得了专利。我国的高校和企业也在焊接机器人的研究方面做出了很多贡献。XXX与XXX合作研制成功全位置电磁跟踪气体保护焊机，跟踪精度达到了±lmm。XXX与XXX共同研制的电磁立焊缝自动跟踪焊机，用在万吨轮的焊接上。XXX和XXX合作研制的光电跟踪装置用于螺旋管焊接和船舶的焊接生产中。XXX与辽阳钢厂合作研制的激光跟踪装置用于螺旋管焊接自动生产线等。总的来说，焊接机器人技术在国内外都得到了不断的发展和应用，为工业生产带来了很多便利和效益。和优点爬行机构是焊接机器人的主要移动方式，它具有灵活性和适应性强的优点。该机构采用半履带设计，由两个后交（直）流伺服电机单独驱动两根履带，具有较强的驱动力和转向精度高的特点。同时，小车的前轮既起转向作用又具有驱动功能，能够满足在小车负载较大时对牵引力的需求。此外，焊接机器人还采用吸附磁路技术，可以将小车吸附在所需焊接的钢构件上,从而实现焊缝轨迹自动跟踪。232焊接系统焊接系统是焊接机器人的核心部分，包括焊接电源、送气送丝机构和焊炬摆动机构等。其中，焊接电源是焊接系统的核心，它能够提供所需的电流和电压，确保焊接质量。送气送丝机构可以控制焊接丝的送进速度和长度，保证焊接质量。焊炬摆动机构可以调整焊接炬的摆动幅度和频率，从而实现焊缝的填充和均匀度。233检测系统检测系统是焊接机器人的重要组成部分，它可以通过各种传感器来获取焊接过程中的各种信息和信号，从而实现焊缝轨迹自动跟踪。其中，激光图像传感器可以获取焊缝轮廓信息，霍尔传感器可以检测焊接电流和电压，限位开关和位移传感器可以检测焊接位置和姿态。234控制系统控制系统是焊接机器人的大脑，它可以根据检测系统获取的信息和信号来控制焊接系统和运动机构的运动，从而实现焊缝轨迹自动跟踪。控制系统由控制器、人机界面、驱动电路及设备、远程操作盒等几部分组成，可以实现焊接参数的调整和控制，以及远程操作和监控。XXX机器人的移动机构主要包括轮式、步行式和履带式三种。轮式机构具有平稳移动和灵活机动的优点，但其着地面积较小，适应性较差。步行式机构能够在凹凸不平的地面上行走，但其运动间歇大，稳定性差。相比之下，履带式机构具有稳定性好、适应性强等优点，因此被广泛应用于焊接等现场需要。基于此，本文采用两个电机驱动的无轨道履带运动机构。为了保证履带前后轮的传动效率和可靠性，本文采用了链传动作为传动方式。相比带传动，链传动无弹性滑动和打滑现象，能够保持准确的平均传动比，传动效率高。整个行走机构安装在车体两侧，由主动链轮、行走轮、链条、可控永磁装置及链条张紧机构组成。在车体内部的一端安装动力部分，其输出分别带动车体两侧行走机构的主动链轮和行走轮，在车体内部的另一端安置行走轮轴，其两端安装链轮和行走轮。链轮带动两根封闭式的链条滚动，在两根链条之间的空隙处安装可控永磁铁装置，可控永磁铁装置随链条运动。在车体两侧的侧板下端装有磁悬浮构件，以增加吸附力。将车体放在导磁性材料的工件上，车体就可以吸附在上面，启动电机，车体即可在工件上爬行。由于焊接机器人需要在壁面、球面、管道等曲面上爬行，所以其运动机构必须具有较强的壁面适应能力和承载能力。目前爬壁机器人的吸附方式有三种：真空吸附、磁吸附和推力吸附。考虑到焊接工件表面为导磁性材料，且凹凸不平，本文选用磁吸附法作为机器人吸附方式。本机器人系统采用两轮独立驱动的双履带结构。其中，两台交流伺服电机分别作为两履带轮的驱动电机，驱动单元包括带有减速齿轮的交流电机、伺服放大器以及用作速度反馈的旋转光码盘，它们提供转动时所需要的转速和力矩。通过调节两履带轮的转速，机器人能够按照所要求方向和速度移动，完成前进、后退、按曲率半径回转及原地转向等动作。综上所述，本文所设计的移动机器人采用履带式移动机构,采用链传动作为传动方式，磁吸附法作为吸附方式，两轮独立驱动的双履带结构作为驱动方式，能够满足焊接等现场需要。在焊接机器人中，焊炬必须沿焊缝以恒定的速度运动，而轮式机器人本体难以实现实时、准确的运动轨迹控制，因此需要设计一种合理的机器人运动机构。我们在XXX机器人本体上加装了快速反应十字滑块，并采用焊炬与十字滑块固接的方法，让焊接机器人本体在一定误差范围内粗略跟踪焊缝，而十字滑块实时准确地跟踪焊缝。在全位置焊接中，焊缝成形控制比较困难，只有焊接能量输入较小和熔滴以短路方式过渡的焊接方法才能使用。因此，我们的机器人系统采用Co2气体保护焊技术，包括焊接电源、送丝机构、保护气体和焊炬保护器。检测与传感机构包括传感器和信息处理部分。传感器可以代表多个不同类型的传感器，而信息处理部分包括信息加工、多传感器信息融合、传感信息与机器人信息的结合。我们采用激光图像传感器来检测焊炬与焊缝中心位置的偏差，激光焊缝跟踪方法是一种以激光为主动光源的焊缝跟踪方法。针对移动式焊接机器人，我们设计了以P1.C为核心的智能焊缝跟踪控制系统，具有实时跟踪功能。整个焊接机器人系统主要由执行机构、焊接系统、检测系统和控制系统四个部分组成。在本章中，我们重点研究了焊接机器人的形体和焊接小车的设计。焊接小车是爬行式全位置焊机器人的主要组成部分之一，需要精心设计。本焊接小车采用爬行式全位置焊机器人半履带小车，具有较强的牵引能力和负重能力，转向方便灵活，适合在平整和不甚平整的工件工作面上工作。小车由行走机构、送丝机构、焊枪摆动、焊枪高度调节机构组成。其中，行走机构采用履带式移动方式，在小车后车身上安装两个交（直）流伺服电机，通过单独驱动两根履带实现较强的驱动力，双履带为小车左、右配置。前端两侧安装有前驱动转向轮，既起转向作用又具有驱动功能，小车牵引力得到增强，能满足在小车负载较大时对牵引力的需求，转向精度高。行走机构中的履带式爬行机构如图3.21所示，包括车体、电机及