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移动焊接机器人系统研究

作　者: 彭丽霞
导　师: 韩致信
学　校: 兰州理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 移动焊接机器人稳定平面螺旋理论运动学轨迹规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 283次
引　用: 1次
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内容摘要

石化工业中的大型储油罐、球罐、管道的焊接,多在现场作业,焊接位置手工作业难以达到,恶劣的工作环境不仅增大了工人的劳动强度,而且影响焊接质量。工程应用中亟待开发出能够取代工人手工操作的低成本自动化的焊接设备,以减少生产过程中环境因素的影响,提高焊接质量。本文提出了相应的解决方案。1.设计了一种磁吸附履带式全位置移动机构。对移动机构的各项核心功能进行分析,比较各种现行方案的优缺点并加以选择,完成了移动机构设计。设计中采用了抗倾覆装置,确保机构能在油罐上爬行而且无需铺设轨道。2.应用稳定平面概念,将履带式移动焊接机器人的稳定性研究转化为对稳定平面的失稳研究,得出机器人稳定性条件和判定主导失稳形式的原则,从而建立机器人稳定性与磁吸附力之间的定量关系。3.在此移动机构上装置了一个结构紧凑、运动灵活的机械臂,能够实现焊枪多位姿焊接。利用运动旋量的指数变换与机械臂位形矩阵的关系,推导机械臂统一的运动学正解指数积公式,应用子问题求逆运动学方程的解,根据运动约束条件选择最优解。4.根据移动焊接机器人的作业任务对机械臂进行基于关节空间法和笛卡儿空间法的轨迹规划,并进行MATLAB仿真实验验证。根据可重构的思路,按照本方案设计的机器人可以应用于大型圆柱形、球形储油罐的焊接、检测、喷漆等方面的工作,极大的推进了焊接自动化的实现。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-20
  1.1 论文的选题意义  11
  1.2 焊接机器人的发展历程  11-12
  1.3 焊接机器人国内外应用现状  12
  1.4 移动焊接机器人的关键技术  12-15
    1.4.1 信息传感技术  13
    1.4.2 行走机构  13-14
    1.4.3 智能控制技术  14
    1.4.4 控制器架构  14-15
    1.4.5 磁吸附技术  15
  1.5 移动焊接机器人研究现状  15-17
  1.6 焊接机器人的发展趋势  17-19
    1.6.1 机器人操作机构  17
    1.6.2 机器人控制系统  17-18
    1.6.3 机器人传感技术  18
    1.6.4 网络通信功能  18
    1.6.5 机器人遥控和监控技术  18
    1.6.6 虚拟机器人技术  18
    1.6.7 机器人性能价格比  18-19
    1.6.8 多智能体调控技术  19
  1.7 本课题的主要研究内容  19-20
第2章移动机构设计  20-25
  2.1 基本功能方案  20-21
    2.1.1 吸附方式选择  20-21
    2.1.2 运动方式选择  21
  2.2 本体结构设计  21-23
  2.3 抗倾覆机构设计  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章静力学与稳定性研究  25-37
  3.1 移动焊接机器人空间位姿描述  25-27
  3.2 移动焊接机器人静稳态分析  27-36
    3.2.1 沿壁面滑移  27-29
    3.2.3 横向翻转  29-30
    3.2.4 法向脱离  30-31
    3.2.5 下滚  31-34
    3.2.6 叠加分析  34-36
  3.3 本章小结  36-37
第4章机械臂机构设计及运动学分析  37-54
  4.1 机械臂的机构设计  37-38
  4.2 基于旋量理论的焊接机器人运动学分析  38-41
    4.2.1 方法的选择  38
    4.2.2 刚体的位姿和齐次变换阵  38-39
    4.2.3 旋量理论  39
    4.2.4 刚体运动的指数变换  39-41
    4.2.5 变换方程初步  41
  4.3 焊缝特征坐标系的定义与表达  41-44
  4.4 移动焊接机器人正运动学方程  44-48
    4.4.1 移动焊接机器人正运动学方程指数积公式  45-46
    4.4.2 正运动学方程的建立  46-48
  4.5 移动焊接机器人逆运动学方程  48-52
    4.5.1 末端操作器的最终位形  48
    4.5.2 Paden-Kahan子问题  48-50
    4.5.3 逆运动学方程  50-52
  4.6 逆解多值问题分析  52-53
  4.7 本章小结  53-54
第5章移动焊接机器人轨迹规划  54-62
  5.1 轨迹规划综述  54-56
    5.1.1 关节空间法  55
    5.1.2 笛卡尔坐标空间法  55-56
  5.2 轨迹规划算法  56-59
  5.3 轨迹规划仿真  59-61
  5.4 本章小结  61-62
结论与展望  62-63
参考文献  63-67
致谢  67-68
附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文  68

移动焊接机器人系统研究

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