本文關(guān)鍵詞： 水下焊接機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 局部干法排水罩 全位置焊接　出處：《北京化工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著海洋活動(dòng)及開(kāi)發(fā)日益頻繁,水下結(jié)構(gòu)物種類繁多,有些鋼構(gòu)部件在水下長(zhǎng)期服役中會(huì)出現(xiàn)失效損壞,需要及時(shí)修復(fù)。針對(duì)此種需求,本文提出了水下移動(dòng)平臺(tái)搭載焊接操作臂形式的水下焊接機(jī)器人模型,水下移動(dòng)平臺(tái)通過(guò)永磁體車輪吸附在鋼結(jié)構(gòu)表面并在其上移動(dòng)行走,移動(dòng)平臺(tái)上搭載焊接操作臂,操作臂末端安裝有局部排水罩,焊槍位于排水罩內(nèi),采用局部干法的焊接方式進(jìn)行全位置焊接操作。本文分別對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和局部干法水下焊接所用的關(guān)鍵部件排水罩及焊接工藝進(jìn)行研究,主要研究?jī)?nèi)容為：(1)對(duì)非完整約束的移動(dòng)焊接機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,分別建立輪式移動(dòng)平臺(tái)和焊接操作臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并計(jì)算運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解,進(jìn)行軌跡控制研究,給出移動(dòng)平臺(tái)和焊接操作臂的規(guī)劃軌跡和運(yùn)動(dòng)時(shí)間,通過(guò)逆解計(jì)算相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù),然后把計(jì)算的運(yùn)動(dòng)參數(shù)導(dǎo)入ADAMS進(jìn)行仿真,模擬移動(dòng)機(jī)器人大范圍全位置的焊接軌跡。(2)針對(duì)水下全位置焊接對(duì)矩形排水罩的排水要求,利用FLUENT對(duì)典型空間位置角度的排水過(guò)程進(jìn)行模擬,并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)排水罩結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化,同時(shí)確定相應(yīng)的排水速度和管路布置。按照模擬優(yōu)化結(jié)果制作排水罩進(jìn)行排水實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了其可行性。(3)利用干式高壓艙模擬水下干法焊接環(huán)境,在高壓艙內(nèi)進(jìn)行了全位置焊接實(shí)驗(yàn),獲得典型位置的焊接參數(shù),并基于獲得的焊接參數(shù)進(jìn)行數(shù)值擬合,得到焊接參數(shù)與位置的關(guān)系,為水下機(jī)器人焊接操作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。(4)利用研制的水下移動(dòng)焊接機(jī)器人,采用局部干法焊接方式進(jìn)行平焊位置的焊接實(shí)驗(yàn),獲得成形良好焊縫。通過(guò)上述理論分析、仿真模擬及實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證水下移動(dòng)焊接機(jī)器人能夠滿足全位置焊接的軌跡要求,更適合采用梯形結(jié)構(gòu)排水罩進(jìn)行局部干法焊接,同時(shí)初步具備進(jìn)行水下大型鋼結(jié)構(gòu)焊接的可行性。
[Abstract]:With the increasing frequency of ocean activities and development and the wide variety of underwater structures, some steel components may be damaged during long service under water and need to be repaired in time. In this paper, a model of underwater welding robot in the form of welding manipulators is proposed. The underwater mobile platform is attached to the surface of steel structure by permanent magnet wheel and moved on the surface of the steel structure, and the moving platform carries the welding manipulator. A partial drain cover is installed at the end of the operating arm, and the welding torch is located in the drain cover. In this paper, the kinematics of the robot and the drainage cover and welding process of the key components used in the underwater welding of the robot are studied respectively. The main contents of this paper are: (1) Kinematics modeling of non-holonomic constrained mobile welding robot is carried out. The kinematics models of wheeled mobile platform and welding manipulator are established, and the kinematics inverse solution is calculated, and the trajectory control is studied. The planning trajectory and motion time of the moving platform and the welding manipulator are given. The corresponding motion parameters are calculated by inverse solution, and then the calculated motion parameters are imported into ADAMS for simulation. Aiming at the drainage requirement of underwater all-position welding to rectangular drainage cover, the drainage process of typical spatial position angle is simulated by FLUENT. According to the simulation results, the structure of the drainage cover is optimized, and the corresponding drainage speed and pipeline layout are determined. The feasibility of this method is verified by using dry high-pressure chamber to simulate the underwater dry welding environment. The all-position welding experiment is carried out in the high-pressure chamber, and the welding parameters of typical position are obtained, and the numerical fitting is carried out based on the obtained welding parameters. The relationship between welding parameters and position is obtained, which provides basic data for underwater vehicle welding operation. Through the theoretical analysis, simulation and experimental study, it is proved that the underwater mobile welding robot can meet the requirements of all position welding trajectory, and is more suitable for local dry welding with trapezoidal drain cover. At the same time, it is feasible to weld large steel structure under water.
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242

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