超大船體分段橫焊縫機器人裝備研究.pdf

1、 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 超大船體分段橫焊縫機器人裝備研究 超大船體分段橫焊縫機器人裝備研究 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 高級工程師 天津大學(xué)機械工程學(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)用自動化焊接裝備完成船體焊接作業(yè)是一個重要途徑。 國外造船強國對自動化焊接裝備的研發(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)造船廠對自動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器人為研究對象， 對焊接機器人的機械結(jié)構(gòu)、運動學(xué)、多層多道焊自主規(guī)劃等內(nèi)容展開研究。 針對

3、船體橫焊縫自動化焊接的實際要求， 提出了焊接機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器人方案，對機器人本體、柔性軌道的組成結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了詳細(xì)闡述并介紹了整機的工作過程。 根據(jù)焊接機器人結(jié)構(gòu)模型，建立了基于改進(jìn) D-H 參數(shù)法的運動學(xué)模型，詳細(xì)推導(dǎo)了運動學(xué)方程正逆解的計算方法。 利用數(shù)值法對焊接機器人的工作空間進(jìn)行分析，驗證了整機滿足船體橫焊縫的焊接范圍要求。 針對實際橫焊縫的形狀特征， 提出了基于焊槍末端接觸式傳

4、感的坡口模型檢測算法， 推導(dǎo)了兩種不同襯墊下坡口尺寸的計算方法。 同時在簡化焊道形狀的基礎(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的位姿。利用 MATLAB 對不同尺寸的坡口進(jìn)行焊道排布仿真研究，驗證了算法的正確性，為焊接機器人運動控制奠定基礎(chǔ)。 根據(jù)實際焊接作業(yè)的精度需求， 采用樣條插值方法對焊接機器人任務(wù)空間和關(guān)節(jié)空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃，利用 MATLAB 對不同截面數(shù)的坡口進(jìn)行軌跡規(guī)劃仿真研究，