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《南昌大学》 2007年
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旋转电弧传感移动焊接机器人机构设计与仿真

毛志伟  
【摘要】:船舶焊接技术是现代造船模式中的关键技术之一,虽然我国已成为世界造船大国,但造船效率低下,自动化程度低。论文结合我国船舶焊接现状,将移动机器人技术与焊缝跟踪技术相结合,利用虚拟样机技术,研制一种多功能的平面弯曲焊缝焊接移动焊接机器人,可应用于船舶等大型结构件的平面V型焊焊缝与各种折角的角焊缝焊接生产中,提高船舶等大型结构件焊接自动化水平及焊接质量,改善工人劳动条件。 论文系统地阐述移动焊接机器人及虚拟样机技术发展,采用虚拟样机技术一次性成功研制了用于平面弯曲焊缝自动跟踪焊接的移动焊接机器人系统。针对平面弯曲焊缝自动焊接的特点,对移动焊接机器人的移动本体、二维精确运动平台、高速旋转电弧传感器、焊缝跟踪控制算法与控制器、虚拟样机及旋转电弧传感系统与焊缝跟踪实验等关键技术进行了系统的研究;并对基于虚拟样机的大变形且为刚、柔接触的仿真及优化、动平衡仿真与优化进行了研究。 论文介绍了移动焊接机器人国内外发展现状和应用情况,总结了大型结构件平面弯曲焊缝的形式及焊缝跟踪要求与特点后,提出了以旋转电弧作为焊缝跟踪传感器,以二维精确运动平台为微调机构,两轮差速驱动的移动焊接机器人的结构方案,并采用先进的虚拟样机技术,进行移动焊接机器人的研制。 首先,研究设计了移动焊接机器人移动机构,并对其工作能力、转弯特性进行了分析,对其传动机构、焊炬支撑板结构等进行了设计。 在总结旋转电弧传感器国内外发展现状的基础上,研制了一种新型旋转电弧传感器。设计全新循环冷却水路结构及保护气路结构,首次实现了将冷却水、保护气集成于旋转电弧传感器内部;独特的绝缘结构设计,使旋转电弧传感器外壳不带电,提高其使用的安全性;采用虚拟样机技术对其高速旋转时的动平衡进行了优化,使高速旋转时的振动大为降低,不仅提高了焊接质量,而且减小了干扰,为准确提取焊缝偏差信号从而提高焊缝跟踪控制精度提供了保障。 研制成功全密封二维精确运动平台。采用双圆柱移动导轨,不仅大大降低了滚珠丝杠的受力,而且提高了其强度。设计全密封连接结构,利用虚拟样机技术、多柔性体动力学等,进行优化设计,并获得了最优结构。 研究了移动焊接机器人的虚拟样机技术,实现虚拟样机技术在移动焊接机器人研制中的应用。研究基于移动焊接机器人虚拟样机的焊缝跟踪控制算法、控制器的设计。该技术不仅使得机器人一次性地研制成功,而且可提供实际样机无法获得的所需参数。 最后,对轮式移动焊接机器人系统进行性能标定和焊缝跟踪焊接实验,实验结果表明,其性能指标达到设计要求。 该系统的研制,实现了大型结构件的平面弯曲焊缝特别是狭窄空间焊缝的自动焊接。对于提高我国船舶等大型结构件制造自动化设备使用率,减小制造周期,提高制造质量等有现实意义。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG43

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【参考文献】
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