轨道式焊接机器人机械设计与控制系统—开题报告.pptx

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1、轨道式焊接机器人机械设计及控制系统姓名：专业班级：机自1011 指导教师：主要内容 一、研究目的 二、选题的意义 三、焊接机器人国内外研究情况 四、研究的主要内容 五、目前进度 六、工作进度安排 七、参考文献一、研究目的 针对目前石油输送管道自动焊接的问题提出一种移动式焊接机器人系统。该系统由轨道小车和机械臂组成，可以实现对接管道的自动焊接工作，提高焊接质量及工作效率。二、选题的意义 管道运输是油气运输中最主要、最快捷、经济、可靠的方式，可用于输送水、原油、天然气、成品油等，具有输量大、距离长、安全性高、成本低等优点，在各国发展迅速。管道运输业的主体是管道，管道工程的核心工作是管口的焊接。因此

2、研究高效率、性能可靠的管道全位置自动焊接机具有十分重要的意义。三、焊接机器人国内外研究情况 国外焊接技术发展概述 目前国外焊接机器人已得到较好的应用。日本系列中主要有安川、OTC、FANUC、松下等公司的产品。欧洲系列产品中主要有德国的CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU以及奥地利的IGM公司。日本对移动焊接机器人技术的研究相对较早，已有产品应用于实际工程，日本装备的工业机器人总数量达到了50万台以上，成为“机器人王国”其次是美国和德国。在欧美，生产全位置自动焊接设备的除CRC公司外,还有德国的VIETZ公司、美国MAGNAI,ECH公司、荷兰的VERAWELD、英国Noreast公司

3、等。这些厂家的设备虽然外形各具特点。国外的接机器人已广泛应用于汽车、船舶、铁路车辆、建筑机械、兵器等行业，对降低成本，提高质量起到了重大的作用。国内焊接技术发展概述 国内，焊接机器人从20世纪80年代“七五”科技攻关开始起步，焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。但管道的焊接施工却只停留在手工焊、半自动焊的水平上。从二十世纪八十年代开始,我国的很多大专院校、科研机构、施工单位先后开展管道全位置自动焊接技术的研究工作。对设备的结构、控制方式作了些探讨,在实验室条件下也取得了一定的成果。在技术和应用方面均取得了长足的发展，对国民经济尤其是制造业的发展起到了重要的

4、推动作用。近年来由于我国经济的高速发展，能源的大量需求，与能源相关的制造行业也都开始寻求自动化焊接技术，焊接机器人逐渐崭露头角。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，只有应用机器人焊接技术提高焊接质量和生产效率，才能增加产品质量和企业的竞争力。国外发展情况 2000年，美国Carnegie Mellon大学机器人研究所研制了一台名为ROWER的四腿行走的移动平台，平台上安装有一台焊接机器人，采用“遥控+自主方式”工作，已经初步应用到造船工业中。日本庆应大学学者Suga 等为平面薄板焊接研制的自主性移动焊接机器人。该移动焊接机器人的移动平台采用三轮式，其中两个

5、驱动轮在移动平台的侧面，前面有一个自位轮起稳定作用。国内发展情况 清华大学和北京石油化工学院在国家863 计划支持下研制的LL-2 管道焊接机器人。该机器人采用永磁轮吸附管道，采用双CCD 视觉传感器识别预先画出的与焊缝平行的曲线；该机器人的焊枪位于移动平台的后方使得磁轮骑跨在管道上。铝制轻型刚性轨道，齿轮齿条传动，车体载有焊枪二维姿态调整模块和焊枪摆动模块，实现构件的多种焊接方式。该机器人于2006年在国家体育场“鸟巢”工程中成功获得应用。四、研究的主要内容1）移动式焊接机器人小车及轨道机械设计2）机器人机械臂的方案设计3）机器人控制系统设计4）建立焊接机器人的三维模型和二维平面图5）机器人

6、的工作范围分析五、目前进度主要方案；本课题主要研究外圆管道环缝的自动化焊接，管道的直径限制在6001000mm之间。焊接机器人主要包括焊接小车，导向轨道，机械臂等结构，具体草图结构如右图。焊接机器人的主要结构介绍 焊接轨道轨道是装卡在管道用于焊接小车行走和定位的机构，因此轨道的结构直接影响到焊接小车行走的平稳性，也就影响到焊接质量。如右图：行走小车行走小车机构与轨道采用齿轮传动方式。由直流伺服电机驱动主齿轮旋转与导轨上的齿啮合，导轨与管道固定，从而使行走小车在导轨面上滚动行走。驱动小车电机的选型设小车和机械臂的总质量为15kg，最大焊接速度为30mm/s，选驱动齿轮的模数m=1.5mm，z=1

7、8，所以分度元直径do=mz=27mm。行走齿轮的转速n=60v/d=21.2r/min。行走齿轮的输出力矩M=0.5kdGg。k为安全系数取2,g=9.8m/s,G=15kg，所以行走齿轮和减速器的输出转矩:M=0.5x2x27x15x9.8/1000=3.969n.m电机的选型：交流伺服电机一般体积较小,价格低,工作可靠,直流电机控制简单,低速性能好,但结构复杂,体积较大。所以选用交流电机。电机的输出转矩大于行走齿轮的转矩，设减速比i=100：1，初选MSMD（小惯量）型号MADDT1205交流电机，其额定功率：0.05kw，额定转矩：0.16n.m，额定转速：3000r/min。减速器传

8、动效率,选90%所以电机的输出转矩M=ixM电机x=100 x0.16x0.9=14.4n.m大于行走齿轮的输出转矩，所以符合要求。小车和刚性导轨之间的连接件 机械臂本设计要就机械臂具有三个自由度以满足要求。机械臂的水平和竖直运动由电机带动丝杠实现机械臂的旋转六、工作进度安排序号起止日期主要内容预期结果1 1到2周调研、搜集相关资料、外文翻译 找到合适的资料2 3到4周资料收集整理相关论文 做出开题报告3 5到6周进行机器人结构部分学习，制定总体案 做出整体设计4 7到8周设计机器人本体及控制电 设计出符合要求的机构5 9到12周进行图纸绘制工作 做出图纸6 13到15周工作总结，撰写论文 做

9、出说明书7 16周论文修改，准备答辩 整理并准备答辩七、参考文献 1金万敏，吴克坚.机器人机械学M.江苏：江苏科学技术出版社.1993 2赵景山、冯之敬.机器人机构自由度分析理论M.北京：科学出版社,2009 3王伟，薛龙.全位置管道自动焊接设备的研究J.管道技术与设备.4,2002,15-25 4曾惠林.管道全位置自动焊机的机电一体化设计及焊接工艺研究D.北京，北京化工大学，2000.5Takashi H,Kenji K.An internal welding robot system for 600mm steel pipelingesJ.IFAC Symposium on Manufacturing,Modeling,Management and Control.Patras Greece.2000.欢迎评委老师批评指正 报告人：2014年3月28日