K-Y型管接頭焊接機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計及仿真.pdf

1、隨著海洋石油資源的開發(fā)活動不斷加強(qiáng)，海洋鉆采平臺的需求量大幅上升。管管相貫的導(dǎo)管架接頭形式在海洋平臺中大量出現(xiàn)，目前此類管接頭的焊接多采用手工施焊，焊接效率低。導(dǎo)管架接頭的高效自動化焊接在管道組裝工程中具有重要的意義。
　　本論文的開展基于天津市科技支撐計劃重點項目“K/Y型導(dǎo)管架焊接機(jī)器人”，已有的管道接頭焊接機(jī)器人大多針對正交、小尺寸的T型管接頭焊接件，其對于海洋平臺中K/Y型大尺寸斜交接頭形式的相貫線焊縫無法有效施焊，為了實

2、現(xiàn)K/Y型相貫管接頭焊縫的自動化焊接，大幅降低此類管道焊接現(xiàn)場工人的勞動強(qiáng)度、改善其工作環(huán)境，并有效提高焊接質(zhì)量和效率，本文設(shè)計研制了一種K/Y型管接頭相貫線焊縫焊接機(jī)器人。
　　在充分調(diào)研國內(nèi)外管道自動焊接機(jī)器人研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，深入分析了K/Y型管接頭空間相貫線焊縫的特點，建立了管道斜交相貫線的數(shù)學(xué)模型及相貫線焊縫的特征坐標(biāo)系，提出一種圓柱坐標(biāo)型操作機(jī)構(gòu)與二自由度差速手腕機(jī)構(gòu)結(jié)合的機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，該機(jī)器人具有5個自由度，即

3、可滿足機(jī)器人自由度的使用要求又能實現(xiàn)靈活避障的目的。
　　為了保證機(jī)器人結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對所設(shè)計的機(jī)器人在危險工況下的力學(xué)性能進(jìn)行了分析，利用Ansys Workbench有限元仿真分析軟件，對設(shè)計的機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力學(xué)和模態(tài)分析，校核了其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和振動穩(wěn)定性，對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化，在保證各部分結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都能滿足使用要求的基礎(chǔ)上，完成了機(jī)器人樣機(jī)的設(shè)計開發(fā)。
　　根據(jù)機(jī)器人樣機(jī)各桿件尺寸，采用D-H法建立了機(jī)器人連桿坐標(biāo)系，對機(jī)