本文關(guān)鍵詞：小型移動焊接機器人系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 移動焊接機器人 系統(tǒng)設(shè)計 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器 焊縫識別 熔滴過渡

【摘要】：近年來,隨著我國人口老齡化,勞動力成本增加及制造業(yè)不斷發(fā)展,促使工業(yè)自動化進(jìn)程加速,使中國制造業(yè)逐漸轉(zhuǎn)型升級為智能制造。工業(yè)機器人作為智能制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一,已經(jīng)成為世界制造大國重點發(fā)展領(lǐng)域。在國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》中,我國已經(jīng)把高檔數(shù)控機床與機器人作為十大重點發(fā)展領(lǐng)域之一。因此,工業(yè)機器人的應(yīng)用推廣將對世界制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響,進(jìn)而重塑世界的現(xiàn)代工業(yè)。焊接機器人作為一種自動化焊接裝備,由于具有提高焊接質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率和改善工人勞動強度等優(yōu)點,已經(jīng)在汽車、船舶和橋梁等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文根據(jù)大型鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接中作業(yè)范圍大、空間狹小的特點,結(jié)合機器人和焊縫跟蹤技術(shù),對焊接機器人機構(gòu)、傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和焊接工藝進(jìn)行集成優(yōu)化設(shè)計和研究,開發(fā)了一種小型移動焊接機器人系統(tǒng),用以解決大型鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場自動焊接問題。首先,根據(jù)大型鋼結(jié)構(gòu)焊接工況特點,利用輪式移動平臺移動范圍大和機械手響應(yīng)速度快的特性,設(shè)計了一種小型移動焊接機器人機構(gòu)。設(shè)計了基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的焊縫識別系統(tǒng)和基于超聲傳感器和光電傳感器的焊接環(huán)境識別,使焊接機器人具有焊縫識別和避障能力。設(shè)計了基于PC104總線的小型工控機的控制系統(tǒng),且集成安裝于機器人本體上,減小了焊接機器人的控制線纜和體積。在WinXP環(huán)境下,利用VC對控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行開發(fā),實現(xiàn)了焊接過程中的電弧信號采集和處理,焊縫偏差識別,焊接工藝參數(shù)設(shè)置及運行狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測等功能。其次,針對所設(shè)計的焊接機器人機構(gòu)的非完整性和自由度冗余性特點,完成各機構(gòu)的運動關(guān)系分析,建立統(tǒng)一運動學(xué)方程。同時,采用非完整動力學(xué)Routh方程和拉格朗日法,完成焊接機器人的統(tǒng)一動力學(xué)模型建立,為焊接機器人協(xié)調(diào)控制提供參考。在電弧信號處理方面,根據(jù)原始電流數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特點,提出了限幅、多圈均值和卡爾曼濾波的組合濾波方法,有效地抑制噪聲,提高了信噪比。針對大型鋼結(jié)構(gòu)中的角焊縫形式,在焊縫橫向和高度偏差識別上,分別采用特征諧波法和平均電流法實現(xiàn)了大型鋼結(jié)構(gòu)中角焊縫偏差提取。同時,通過焊接試驗進(jìn)行驗證,試驗結(jié)果表明,檢測結(jié)果與實際情況相符,焊縫識別精度符合要求。通過對焊接機器人數(shù)學(xué)模型以及輪式移動平臺與機械手的動態(tài)特性進(jìn)行分析,提出了一種滑�？刂婆c模糊控制相結(jié)合的智能控制方法,設(shè)計了滑模和模糊控制器實現(xiàn)了輪式移動平臺與機械手的協(xié)調(diào)控制。同時,搭建了小型移動焊接機器人試驗平臺,進(jìn)行了不同焊縫形式的跟蹤試驗和工廠試應(yīng)用。試驗結(jié)果表明,所設(shè)計的小型移動焊接機器人系統(tǒng)方案可行,性能可靠,滿足大型鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接要求。最后,對旋轉(zhuǎn)電弧GMAW焊接過程的熔滴過渡行為進(jìn)行理論分析,采用高速攝像法,對焊接熔池進(jìn)行實時觀測。研究了不同焊接工藝和傳感器性能參數(shù)對熔滴過渡和熔池形態(tài)的影響,確定旋轉(zhuǎn)電弧GMAW焊接優(yōu)化的工藝參數(shù),為基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的焊接工藝數(shù)據(jù)庫的建立和應(yīng)用推廣提供基礎(chǔ)。通過本論文的研究,研制了小型自動化焊接設(shè)備,形成自主知識產(chǎn)權(quán),提高了我國在船舶、集裝箱、橋梁和儲油罐等領(lǐng)域中的焊接自動化水平,具有良好的經(jīng)濟效益和應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：移動焊接機器人 系統(tǒng)設(shè)計 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器 焊縫識別 熔滴過渡
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG409;TP242.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 緒論11-36
• 1.1 課題背景及意義11-12
• 1.2 焊接機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-24
• 1.2.1 工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)外焊接機器人的研究現(xiàn)狀14-24
• 1.3 電弧傳感在焊縫識別中應(yīng)用現(xiàn)狀24-28
• 1.3.1 焊縫跟蹤傳感器分類24-25
• 1.3.2 擺動電弧傳感器25-26
• 1.3.3 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器26-28
• 1.4 焊縫跟蹤智能控制方法28-31
• 1.5 本論文研究內(nèi)容31-33
• 1.6 研究難點及創(chuàng)新點33-35
• 1.7 本章小結(jié)35-36
• 第2章 小型移動焊接機器人系統(tǒng)設(shè)計36-60
• 2.1 小型移動焊接機器人總體設(shè)計36-38
• 2.2 小型移動焊接機器人機構(gòu)38-48
• 2.2.1 輪式移動平臺優(yōu)化設(shè)計39-41
• 2.2.2 焊炬調(diào)節(jié)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計41-45
• 2.2.3 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計45-48
• 2.3 傳感系統(tǒng)48-52
• 2.3.1 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器49-50
• 2.3.2 霍爾傳感器50-51
• 2.3.3 超聲傳感器51
• 2.3.4 防跌落傳感器51-52
• 2.4 控制系統(tǒng)52-58
• 2.4.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計53-55
• 2.4.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計55-58
• 2.5 本章小結(jié)58-60
• 第3章 小型移動焊接機器人動力學(xué)建模及分析60-74
• 3.1 非完整系統(tǒng)概述60-61
• 3.2 機械系統(tǒng)動力學(xué)建模方法61-63
• 3.3 小型移動焊接機器人的運動學(xué)建模與分析63-68
• 3.3.1 焊接機器人運動學(xué)模型63-67
• 3.3.2 仿真分析67-68
• 3.4 小型移動焊接機器人動力學(xué)建模與分析68-73
• 3.4.1 焊接機器人動力學(xué)模型68-72
• 3.4.2 模型分析72-73
• 3.5 本章小結(jié)73-74
• 第4章 基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的信息處理及焊縫識別74-95
• 4.1 電弧傳感焊縫檢測原理74-75
• 4.2 電弧傳感傳遞函數(shù)關(guān)系75-78
• 4.3 電弧信號濾波方法78-86
• 4.3.1 電弧信號特征分析78-80
• 4.3.2 電弧信號濾波流程80-86
• 4.4 基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的焊縫偏差識別86-90
• 4.4.1 焊縫橫向偏差識別算法87-90
• 4.4.2 焊縫高度偏差識別算法90
• 4.5 旋轉(zhuǎn)電弧傳感系統(tǒng)試驗研究90-94
• 4.5.1 橫向偏差識別試驗研究91-92
• 4.5.2 高度偏差識別試驗研究92-94
• 4.6 本章小結(jié)94-95
• 第5章 焊接機器人控制策略及焊縫跟蹤試驗95-111
• 5.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制簡介95-98
• 5.1.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制發(fā)展歷史95-96
• 5.1.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制基本原理96-97
• 5.1.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制器的設(shè)計步驟97-98
• 5.2 移動焊接機器人協(xié)調(diào)控制方法98-99
• 5.3 小型移動焊接機器人控制器設(shè)計99-106
• 5.3.1 小型移動焊接機器人控制策略99-100
• 5.3.2 基于滑模控制的輪式移動平臺控制器設(shè)計100-102
• 5.3.3 基于模糊控制的機械手控制器設(shè)計102-106
• 5.4 不同形式焊縫跟蹤試驗研究106-110
• 5.4.1 小型移動焊接機器人系統(tǒng)試驗平臺搭建106
• 5.4.2 平面角焊縫跟蹤試驗106-108
• 5.4.3 高度方向變化角焊縫跟蹤試驗108-109
• 5.4.4 大型鋼結(jié)構(gòu)焊接現(xiàn)場試應(yīng)用109-110
• 5.5 本章小結(jié)110-111
• 第6章 旋轉(zhuǎn)電弧GMAW熔滴過渡行為試驗研究111-123
• 6.1 熔滴過渡行為研究現(xiàn)狀111-113
• 6.2 旋轉(zhuǎn)電弧GMAW焊高速攝像試驗平臺113-114
• 6.3 不同焊接工藝參數(shù)對熔滴過渡行為的影響114-121
• 6.3.1 旋轉(zhuǎn)電弧頻率114-116
• 6.3.2 焊絲類型116
• 6.3.3 保護(hù)氣116-118
• 6.3.4 焊接電流118-119
• 6.3.5 焊接電壓119-120
• 6.3.6 焊接速度120-121
• 6.4 試驗結(jié)果分析121-122
• 6.5 本章小結(jié)122-123
• 第7章 結(jié)論與展望123-125
• 7.1 結(jié)論123
• 7.2 展望123-125
• 致謝125-126
• 參考文獻(xiàn)126-133
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果133-134

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳林;張廣軍;高洪明;;焊接機器人技術(shù)[J];中國表面工程;2006年S1期

2 ;焊接自動線和焊接機器人[J];機械制造文摘(焊接分冊);2008年01期

3 ;2012’中國焊接產(chǎn)業(yè)論壇(一號通知)——焊接機器人[J];金屬加工(熱加工);2012年06期

4 劉偉斌;李勇;王永剛;朱瑞博;;焊接機器人工作站優(yōu)化設(shè)計與應(yīng)用[J];金屬加工(熱加工);2012年18期

5 李自軒;田斌;王潤之;;焊接機器人的盛宴[J];金屬加工(熱加工);2012年14期

6 李麗;龍衛(wèi)權(quán);;首臺焊接機器人入駐桂林橡機[J];橡塑技術(shù)與裝備;2013年06期

7 ;桂林橡機廠首臺焊接機器人“上崗”[J];金屬加工(熱加工);2013年10期

8 龔逸文;;焊接機器人裝置[J];焊接技術(shù);1986年05期

9 ;金興達(dá)公司引進(jìn)焊接機器人[J];金屬加工(熱加工);2014年06期

10 毛鵬軍,黃石生,李陽,薛家祥,王秀媛,陸沛濤;焊接機器人技術(shù)發(fā)展的回顧與展望[J];焊接;2001年08期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭勇;;焊接機器人系統(tǒng)的應(yīng)用[A];中西南十省區(qū)（市）焊接學(xué)會聯(lián)合會第九屆年會論文集[C];2006年

2 張東衛(wèi);王建強;高鋒;王建輝;李北群;成二輝;王志強;;焊接機器人在海洋工程行業(yè)的應(yīng)用探索[A];第十五屆中國海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會論文集(下)[C];2011年

3 劉升鵬;葉樺;王丹;;工業(yè)焊接機器人安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第一分冊）[C];2009年

4 蔣力培;薛龍;鄒勇;黃繼強;梁亞軍;;智能焊接機器人研究與應(yīng)用[A];第十五次全國焊接學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

5 戴光平;;摩托車焊接專機及焊接機器人技術(shù)經(jīng)濟芻析[A];重慶汽車摩托車、焊接、涂裝學(xué)術(shù)研討會文集[C];2000年

6 戴光平;;焊接機器人故障診斷及維修技術(shù)[A];重慶汽車摩托車、焊接、涂裝學(xué)術(shù)研討會文集[C];2000年

7 李慶;孟基海;王蕾;;焊接機器人在長安汽車股份公司的應(yīng)用及存在問題[A];與時俱進(jìn) 追求卓越——中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會四十周年、中國焊接協(xié)會十五周年紀(jì)念文集[C];2002年

8 侯建偉;武亞鵬;;焊接機器人出現(xiàn)氣孔的排查方法及解決措施[A];第十六次全國焊接學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

9 馬蓉;李春亮;覃劍;;焊接機器人在工程機械制造中的應(yīng)用與研究[A];第十六次全國焊接學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

10 王治富;李麗芹;馮唯;;焊接機器人在解放卡車焊裝線的應(yīng)用[A];第三屆十省區(qū)市機械工程學(xué)會科技論壇暨黑龍江省機械工程學(xué)會2007年年會論文（摘要）集[C];2007年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者 彭華;四川建安工業(yè)有限責(zé)任公司：建成我市首條焊接機器人生產(chǎn)線[N];雅安日報;2009年

2 杜偉偉;國內(nèi)投入使用首條船舶焊接機器人生產(chǎn)線[N];中國船舶報;2008年

3 記者 汪永安;科學(xué)島研發(fā)五自由度焊接機器人[N];安徽日報;2013年

4 廣言;大宇成功研發(fā)LNG船用焊接機器人[N];中國船舶報;2008年

5 周魯;新研股份啟用焊接機器人生產(chǎn)線[N];中國縣域經(jīng)濟報;2013年

6 曹勇邋周錚;“昆山Ⅰ號”正在申報8項專利[N];新華日報;2007年

7 記者 周魯;擬啟用焊接機器人生產(chǎn)線 新研股份搶灘玉米收獲機市場[N];上海證券報;2013年

8 于洋;智能焊接機器人完成高難項目[N];科技日報;2007年

9 杜偉偉;江蘇科大開展焊接機器人裝備攻關(guān)[N];中國船舶報;2008年

10 金恭;“鳥巢”工程機器人顯身手[N];建筑時報;2006年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 葉艷輝;小型移動焊接機器人系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化[D];南昌大學(xué);2015年

2 杜宏旺;接管焊接機器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

3 洪波;電弧傳感移動式焊接機器人的數(shù)學(xué)建模及仿真[D];湘潭大學(xué);2005年

4 毛志偉;旋轉(zhuǎn)電弧傳感移動焊接機器人機構(gòu)設(shè)計與仿真[D];南昌大學(xué);2007年

5 羅雨;海底管道鋪設(shè)焊接機器人系統(tǒng)研究[D];北京化工大學(xué);2012年

6 任福深;基于PC+DSP模式的管道插接專用焊接機器人系統(tǒng)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2009年

7 李鶴喜;基于視覺反饋的焊接機器人自主示教關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2010年

8 梁志敏;遙控焊接機器人任務(wù)空間的三維重建研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 龔成;船舶制造爬行式焊接機器人控制系統(tǒng)的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 梅寒;焊接機器人專用MAG逆變焊接電源設(shè)計及工藝試驗[D];北京建筑大學(xué);2015年

3 付曉龍;管—管相貫線焊接機器人運行軌跡及焊接工藝的研究[D];上海工程技術(shù)大學(xué);2015年

4 張小光;重載焊接機器人系統(tǒng)建模與仿真研究[D];沈陽大學(xué);2015年

5 姜家高;應(yīng)用于焊接機器人的變位機控制研究[D];沈陽大學(xué);2015年

6 李生保;大直徑對接管焊接機器人的研究[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2015年

7 廖繼芳;六自由度焊接機器人樣機制作及動態(tài)性能的研究[D];廣西大學(xué);2015年

8 彭園;移動焊接機器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計[D];南昌大學(xué);2015年

9 江民新;XYZR焊接機器人小車結(jié)構(gòu)設(shè)計及特性研究[D];南昌大學(xué);2015年

10 沈迪超;焊接機器人運動路徑優(yōu)化仿真分析[D];長春理工大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：小型移動焊接機器人系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 移動焊接機器人 系統(tǒng)設(shè)計 旋轉(zhuǎn)電弧傳感器 焊縫識別 熔滴過渡

，

本文編號：513173