軌道式焊接機器人機械設(shè)計及控制系統(tǒng)-開題報告

軌道式焊接機器人機械設(shè)計及控制系統(tǒng)姓名：專業(yè)班級：機自1011

指導(dǎo)教師：主要內(nèi)容一、研究目的二、選題的意義三、焊接機器人國內(nèi)外研究情況四、研究的主要內(nèi)容五、目前進度六、工作進度安排七、參考文獻一、研究目的針對目前石油輸送管道自動焊接的問題提出一種移動式焊接機器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)由軌道小車和機械臂組成，可以實現(xiàn)對接管道的自動焊接工作，提高焊接質(zhì)量及工作效率。二、選題的意義管道運輸是油氣運輸中最主要、最快捷、經(jīng)濟、可靠的方式，可用于輸送水、原油、天然氣、成品油等，具有輸量大、距離長、安全性高、成本低等優(yōu)點，在各國發(fā)展迅速。管道運輸業(yè)的主體是管道，管道工程的核心工作是管口的焊接。因此研究高效率、性能可靠的管道全位置自動焊接機具有十分重要的意義。三、焊接機器人國內(nèi)外研究情況國外焊接技術(shù)發(fā)展概述目前國外焊接機器人已得到較好的應(yīng)用。日本系列中主要有安川、OTC、FANUC、松下等公司的產(chǎn)品。歐洲系列產(chǎn)品中主要有德國的CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU以及奧地利的IGM公司。日本對移動焊接機器人技術(shù)的研究相對較早，已有產(chǎn)品應(yīng)用于實際工程，日本裝備的工業(yè)機器人總數(shù)量達到了50萬臺以上，成為“機器人王國”其次是美國和德國。在歐美，生產(chǎn)全位置自動焊接設(shè)備的除CRC公司外,還有德國的VIETZ公司、美國MAGNAI,ECH公司、荷蘭的VERAWELD、英國Noreast公司等。這些廠家的設(shè)備雖然外形各具特點。國外的接機器人已廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、鐵路車輛、建筑機械、兵器等行業(yè)，對降低成本，提高質(zhì)量起到了重大的作用。國內(nèi)焊接技術(shù)發(fā)展概述國內(nèi)，焊接機器人從20世紀(jì)80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，焊接機器人的應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機械、鐵路機車等幾個主要行業(yè)。但管道的焊接施工卻只停留在手工焊、半自動焊的水平上。從二十世紀(jì)八十年代開始,我國的很多大專院校、科研機構(gòu)、施工單位先后開展管道全位置自動焊接技術(shù)的研究工作。對設(shè)備的結(jié)構(gòu)、控制方式作了些探討,在實驗室條件下也取得了一定的成果。在技術(shù)和應(yīng)用方面均取得了長足的發(fā)展，對國民經(jīng)濟尤其是制造業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動作用。近年來由于我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源的大量需求，與能源相關(guān)的制造行業(yè)也都開始尋求自動化焊接技術(shù)，焊接機器人逐漸嶄露頭角。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，只有應(yīng)用機器人焊接技術(shù)提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，才能增加產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)的競爭力。國外發(fā)展情況2000年，美國CarnegieMellon大學(xué)機器人研究所研制了一臺名為ROWER的四腿行走的移動平臺，平臺上安裝有一臺焊接機器人，采用“遙控+自主方式”工作，已經(jīng)初步應(yīng)用到造船工業(yè)中。日本慶應(yīng)大學(xué)學(xué)者Suga等為平面薄板焊接研制的自主性移動焊接機器人。該移動焊接機器人的移動平臺采用三輪式，其中兩個驅(qū)動輪在移動平臺的側(cè)面，前面有一個自位輪起穩(wěn)定作用。國內(nèi)發(fā)展情況清華大學(xué)和北京石油化工學(xué)院在國家863計劃支持下研制的LL-2管道焊接機器人。該機器人采用永磁輪吸附管道，采用雙CCD視覺傳感器識別預(yù)先畫出的與焊縫平行的曲線；該機器人的焊槍位于移動平臺的后方使得磁輪騎跨在管道上。鋁制輕型剛性軌道，齒輪齒條傳動，車體載有焊槍二維姿態(tài)調(diào)整模塊和焊槍擺動模塊，實現(xiàn)構(gòu)件的多種焊接方式。該機器人于2006年在國家體育場“鳥巢”工程中成功獲得應(yīng)用。四、研究的主要內(nèi)容1）移動式焊接機器人小車及軌道機械設(shè)計2）機器人機械臂的方案設(shè)計3）機器人控制系統(tǒng)設(shè)計4）建立焊接機器人的三維模型和二維平面圖5）機器人的工作范圍分析五、目前進度主要方案；本課題主要研究外圓管道環(huán)縫的自動化焊接，管道的直徑限制在600—1000mm之間。焊接機器人主要包括焊接小車，導(dǎo)向軌道，機械臂等結(jié)構(gòu)，具體草圖結(jié)構(gòu)如右圖。焊接機器人的主要結(jié)構(gòu)介紹焊接軌道軌道是裝卡在管道用于焊接小車行走和定位的機構(gòu)，因此軌道的結(jié)構(gòu)直接影響到焊接小車行走的平穩(wěn)性，也就影響到焊接質(zhì)量。如右圖：行走小車行走小車機構(gòu)與軌道采用齒輪傳動方式。由直流伺服電機驅(qū)動主齒輪旋轉(zhuǎn)．與導(dǎo)軌上的齒嚙合，導(dǎo)軌與管道固定，從而使行走小車在導(dǎo)軌面上滾動行走。驅(qū)動小車電機的選型設(shè)小車和機械臂的總質(zhì)量為15kg，最大焊接速度為30mm/s，選驅(qū)動齒輪的模數(shù)m=1.5mm，z=18，所以分度元直徑do=mz=27mm。行走齒輪的轉(zhuǎn)速n=60v/πd=21.2r/min。

行走齒輪的輸出力矩M=0.5kdGg。k為安全系數(shù)取2,g=9.8m/s2,G=15kg，所以行走齒輪和減速器的輸出轉(zhuǎn)矩:

M=0.5x2x27x15x9.8/1000=3.969n.m電機的選型：交流伺服電機一般體積較小,價格低,工作可靠,直流電機控制簡單,低速性能好,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,體積較大。所以選用交流電機。電機的輸出轉(zhuǎn)矩大于行走齒輪的轉(zhuǎn)矩，設(shè)減速比i=100：1，初選MSMD（小慣量）型號MADDT1205交流電機，其額定功率：0.05kw，額定轉(zhuǎn)矩：0.16n.m，額定轉(zhuǎn)速：3000r/min。減速器傳動效率,選90%所以電機的輸出轉(zhuǎn)矩M=ixM電機x?=100x0.16x0.9=14.4n.m大于行走齒輪的輸出轉(zhuǎn)矩，所以符合要求。小車和剛性導(dǎo)軌之間的連接件機械臂本設(shè)計要就機械臂具有三個自由度以滿足要求。機械臂的水平和豎直運動由電機帶動絲杠實現(xiàn)機械臂的旋轉(zhuǎn)

六、工作進度安排序號起止日期主要內(nèi)容預(yù)期結(jié)果11到2周調(diào)研、搜集相關(guān)資料、外文翻譯找到合適的資料23到4周資料收集整理相關(guān)論文做出開題報告35到6周進行機器人結(jié)構(gòu)部分學(xué)習(xí)，制定總體案做出整體設(shè)計47到8周設(shè)計機器人本體及控制電設(shè)計出符合要求的機構(gòu)59到12周進行圖紙繪制工作做出圖紙613到15周工作總結(jié)，撰寫論文做出說明書716周論文修改，準(zhǔn)備答辯整理并準(zhǔn)備答辯七、參考文獻[1]金萬敏，吳克堅.機器人機械學(xué)[M].江蘇：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社.1993[2]趙景山、馮之敬.機器人機構(gòu)自由度分析理論[M].北京：科學(xué)出版社,2009[3]王偉，薛龍.全位置管道自動焊接設(shè)備的研究[J].管道技術(shù)與設(shè)備.4,2002,15-25[4]曾惠林.管道全位置自動焊機的機電一體化設(shè)計及焊接工藝研究[D].北京，北京化工大學(xué)，2000.[5]TakashiH,KenjiK.Aninternalweldingrobotsystemfor600mmsteelpipelinges[J].IFACSymposiumonManufac