超大船體分段橫焊縫機(jī)器人裝備研究.pdf

1、 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 超大船體分段橫焊縫機(jī)器人裝備研究 超大船體分段橫焊縫機(jī)器人裝備研究 Research of Welding Robot Equipment for the Horizontal Position in the Ship 學(xué)科專業(yè)：機(jī)械工程 研 究 生：馬文杰 指導(dǎo)教師：王國棟 副教授 企業(yè)導(dǎo)師：梁 棟 高級(jí)工程師 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2016 年 12 月 I

2、中文 中文摘要 為了滿足現(xiàn)代船舶行業(yè)高制造質(zhì)量、 高裝配效率的要求， 應(yīng)用自動(dòng)化焊接裝備完成船體焊接作業(yè)是一個(gè)重要途徑。 國外造船強(qiáng)國對(duì)自動(dòng)化焊接裝備的研發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，而國內(nèi)仍大量采用人工焊接和半自動(dòng)焊接的方式，導(dǎo)致船舶制造質(zhì)量差、 效率低。 本文緊密結(jié)合了國內(nèi)造船廠對(duì)自動(dòng)化焊接裝備的迫切需求， 以用于超大船體分段橫焊縫的專用焊接機(jī)器人為研究對(duì)象， 對(duì)焊接機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、多層多道焊自主規(guī)劃等內(nèi)容展開研究。 針對(duì)

3、船體橫焊縫自動(dòng)化焊接的實(shí)際要求， 提出了焊接機(jī)器人的功能需求和性能指標(biāo)，構(gòu)建了一種輕量化的軌道式五軸焊接機(jī)器人方案，對(duì)機(jī)器人本體、柔性軌道的組成結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了詳細(xì)闡述并介紹了整機(jī)的工作過程。 根據(jù)焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)模型，建立了基于改進(jìn) D-H 參數(shù)法的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，詳細(xì)推導(dǎo)了運(yùn)動(dòng)學(xué)方程正逆解的計(jì)算方法。 利用數(shù)值法對(duì)焊接機(jī)器人的工作空間進(jìn)行分析，驗(yàn)證了整機(jī)滿足船體橫焊縫的焊接范圍要求。 針對(duì)實(shí)際橫焊縫的形狀特征， 提出了基于焊槍末端接觸式傳

4、感的坡口模型檢測(cè)算法， 推導(dǎo)了兩種不同襯墊下坡口尺寸的計(jì)算方法。 同時(shí)在簡(jiǎn)化焊道形狀的基礎(chǔ)上，提出了一種層間等高、層內(nèi)等面積的多層多道焊道排布算法，進(jìn)而確定了每條焊道路徑點(diǎn)的位姿。利用 MATLAB 對(duì)不同尺寸的坡口進(jìn)行焊道排布仿真研究，驗(yàn)證了算法的正確性，為焊接機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制奠定基礎(chǔ)。 根據(jù)實(shí)際焊接作業(yè)的精度需求， 采用樣條插值方法對(duì)焊接機(jī)器人任務(wù)空間和關(guān)節(jié)空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃，利用 MATLAB 對(duì)不同截面數(shù)的坡口進(jìn)行軌跡規(guī)劃仿真研究，