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机器人作业工具快速更换技术

陈有权  
【摘要】: 随着工业机器人性能不断提高,其机械结构向模块化、可重构化发展。机器人技术开始源源不断地向各个应用领域渗透。对于不适合由人亲临现场进行施工的危险、极限环境中的焊接任务,如核电站设备的维修、空间结构以及海洋工程的建设与维修等,必须开发遥控焊接机器人来完成。而目前开发的机器人遥控焊接设备大多是针对特定任务开发的专用设备,无法适应极限环境中维修时的多任务要求。而为机器人配置作业工具快速更换器,使机器人一次进入作业环境就可完成多种作业任务。本文对机器人作业工具快速更换技术进行了研究。 自动更换装置的关键技术是锁紧机制和切换机制。自动更换装置的锁紧机制主要有钢球式、凸轮式、膨胀式和卡盘式等方式。切换机制主要有气动、液压、电磁等切换方式。综合考虑各种锁紧机制与切换机制的特点,结合本实验室的实验条件,本文采用钢球式锁紧机制和气动的切换机制。并对气动系统得控制方案进行了设计,采用二位五通先导式电磁阀及节流阀进行控制气动切换模块的气缸控制和工具架模块的工具锁紧。 采用模块化的设计思想,在可视化的三维造型软件Solidworks环境中对机器人作业工具自动更换装置进行了虚拟设计与装配,主要包括气动切换模块、机械锁紧模块、电路接口模块和工具架模块等。并对该装置进行了密封设计、精度设计和力学分析。根据最优的设计结果,绘制二维工程图纸,加工一套机器人作业工具快速更换装置。该装置具有结构紧凑、体积小、重量轻、通用性强等特点。 为了验证该装置的功能性,本文进行了遥控焊接机器人与作业工具的自动对接实验和对管道的焊接实验。对接实验结果表明对接后机械、电、气等接口连接可靠,切换快速,能够完成机器人末端工具的更换任务。遥控焊接实验结果表明本装置的各接口功能可靠,能够保证焊接对气和电的要求。具有很好的适应性。但也存在着一些微小不足,如加工精度等需要改进。


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