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异型接头管道焊接机器人系统的研究

作　者: 徐立力
导　师: 薛龙
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 异型截面焊接机器人机械结构运动学分析速度模型工艺试验
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 51次
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内容摘要

膨胀波纹管广泛应用于石油钻采行业,但由于其截面形状复杂,管管之间的焊接多由手工完成,焊接质量受限,生产效率低,因此亟待开发出能取代手工操作的自动化焊接设备,最大限度地减少生产过程中环境和人为因素的影响。本文密切结合工程应用中的实际需要,提出了相应的设计方案,主要研究内容如下：(1)针对膨胀波纹管异型接头截面特点,根据实际焊接工况,设计了能实现此轨迹的焊接机器人三维实体模型,Pro/e仿真表明其运动良好,无干涉。(2)采用D-H方法建立机器人运动学模型,求出正、逆运动学解,并通过MATLAB仿真证明了该模型的有效性,为后续控制奠定了基础。(3)分段建立焊接速度模型并分析各段运动情况及影响速度的两大变量,根据速度矢量图推出焊枪速度恒定的条件下,小车和高低滑块的速度方程,实现了全过程恒速焊接。(4)采用本文研制的焊接机器人在实验室条件下进行了熔化极气体保护焊工艺试验,对采用不同保护气体、不同坡口和不同焊丝的情况分别进行了研究,获得最佳试验条件及工艺参数,同时试验表明焊接机器人性能稳定,能够满足波纹管焊接工艺的要求。本文设计的焊接机器人还可应用于膨胀波纹管的坡口切割工作,提高了设备的通用性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
第一章绪论  15-26
  1.1 论文选题背景与意义  15-16
  1.2 国内外焊接机器人研究现状  16-24
    1.2.1 焊接机器人概述  16-18
    1.2.2 焊接机器人关键技术  18-21
    1.2.3 焊接机器人国内外发展现状  21-24
  1.3 本论文主要研究内容  24-26
第二章焊接机器人机械结构设计  26-39
  2.1 膨胀波纹管截面分析  26-28
  2.2 焊接工况分析  28-30
  2.3 焊接机器人整体设计  30-37
    2.3.1 校正机构  30-31
    2.3.2 对管装置  31-32
    2.3.3 焊接轨道  32-33
    2.3.4 行走机构  33-35
    2.3.5 轮廓跟踪机构  35-36
    2.3.6 焊枪运动机构  36-37
  2.4 本章小结  37-39
第三章焊接机器人运动学建模与分析  39-56
  3.1 机器人运动学基础  39-47
    3.1.1 机器人位姿描述  39-42
    3.1.2 坐标变换与齐次坐标变换  42-45
    3.1.3 D-H建模方法  45-47
  3.2 焊接机器人运动学分析  47-51
    3.2.1 机器人运动学正解  48-50
    3.2.2 机器人运动学逆解  50-51
  3.3 运动学模型仿真  51-53
    3.3.1 MTALAB软件简介  51-52
    3.3.2 MATLAB仿真  52-53
  3.4 本章小结  53-56
第四章焊接机器人恒速控制模型  56-73
  4.1 第一部分恒速模型  56-60
    4.1.1 第一阶段  56-57
    4.1.2 第二阶段  57-59
    4.1.3 第三阶段  59-60
  4.2 第二部分恒速模型  60-62
    4.2.1 第四阶段(前半段)  60-61
    4.2.2 第四阶段(后半段)  61-62
  4.3 第三部分恒速模型  62-66
    4.3.1 第五阶段  62-63
    4.3.2 第六阶段  63-64
    4.3.3 第七阶段  64-66
  4.4 第四部分恒速模型  66-68
    4.4.1 第八阶段  66-67
    4.4.2 第九阶段  67-68
  4.5 第五部分恒速模型  68-70
    4.5.1 第十阶段(前半段)  68-69
    4.5.2 第十阶段(后半段)  69-70
  4.6 第六部分恒速模型  70-72
    4.6.1 第十一阶段  70-71
    4.6.2 第十二阶段  71-72
  4.7 本章小结  72-73
第五章焊接工艺试验研究  73-88
  5.1 焊接方式选择  73-76
    5.1.1 TIG焊接  73-74
    5.1.2 GMAW焊接  74-75
    5.1.3 焊接方式的选择  75-76
  5.2 坡口设计  76-78
    5.2.1 坡口形式  76
    5.2.2 坡口尺寸  76-77
    5.2.3 坡口的选择  77-78
  5.3 焊丝选择  78
  5.4 焊接工艺试验  78-86
    5.4.1 试验条件  78-80
    5.4.2 试验流程  80-81
    5.4.3 焊接方案  81-84
    5.4.4 结果分析  84-86
  5.5 本章小结  86-88
第六章总结与展望  88-90
  6.1 本课题主要研究成果  88
  6.2 展望  88-90
参考文献  90-92
致谢  92-93
研究成果及发表的学术论文  93-94
作者和导师简介  94-95
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  95-96

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