开题报告-四自由度相贯线自动焊接的机器人设计

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1、哈尔滨理工大学工程硕士学位论文开题报告学院自动化学院学科、专业控制工程导师李东洁研究生张宁入学时间2014年05月开题报告日期2015年09月论文题目四自由度相贯线自动焊接的机器人设计研究生学院10说明一、开题来源应包括下列主要内容：1、课题来源及研究的目的和意义；2、国内外在该方向的研究现状及分析（文献综述）；3、主要研究内容；4、研究方案及进度安排，预期达到的目标；5、预计研究过程中可能遇到的困难和问题以及解决的措施；6、主要参考文献（应在30篇以上，其中外文资料不少于三分之一，参考文献中近五年内发表的文献

2、一般不少于三分之一，且必须有近二年内发表的文献资料）。二、开题报告字数应不少于5000字三、开题报告时间最迟应于第三学期结束前完成四、若本次课题的开题报告未通过，需在一个月内再次进行开题报告。第二次学位论文开题报告仍未通过者，不能继续进行学位论文工作。五、开题报告结束后，评议小组要填写《硕士学位论文开题报告评议结果》报院研究生教学秘书备案。六、此表不够填写时，可另加附页。10(-)课题研究的目的和意义随着科技的高速发展，各种各样的科技产品、生产自动化开始走入人们的生活，这一切都大大地提高人们的工作效率、改善人们

3、的生活。在机械行业里，零件的形状往往是由两个以上的基本空间形体，通过不同的方式组合而成的，组合时两立体相交就称之为两立体相贯，它们表面形成的交线就称作相贯线。机械制造业中的加工工艺门类很多，焊接工艺是其中很重要的一种，传统手工焊接行业的标准不统一，很多时候都是依靠焊接操作工人的技能熟练程度来判断焊接工艺的完成情况，这样缺乏科学测量的依据，使得即便是同一批次的焊接件的质量良莠不齐，由于工人的熟练程度不同，还会造成较高的工件废品率，工业机器人越来越普及，在制造业中到处都有机器人的身影，因此实现对焊缝焊接过程的自动化

4、控制与实时监测是势在必行的。随着计算机自动化技术的蓬勃发展，计算机工控系统已经广泛应用在焊接设备的中。在工业生产和应用领域里，圆柱形管件被广泛采用，经常会有大量圆形管件需要焊接。例如液压和气动行业里广泛采用的三通管件，就是两圆形管件焊接而成的，为了保证焊接处的质量，首先必须求得两管相接处相贯线的轨迹，以便在加工出相贯线孔和相贯线端头后能正确焊接。由于两圆形管件相交的相贯线是-条空间曲线，其计算和测量都比较复杂（特别是两管偏置斜交构成相贯时），传统的焊接方法很难保证生产效率和焊缝的质量。计算机控制的多轴焊接系统，

5、可以精确的实现对相贯线的插补，并能在焊接过程中接受反馈信号，实现对焊接过程的实时监测，从而能保证较高的质量和精度，因此在相贯线焊接中引入计算机控制的圆管相贯线自动焊接设备是十分必要的。本课题的内容是产生于这种背景下的具有现实意义的研究。通过该课题的研究，希望能够通过结合机械结构设计、可重构装备和计算机控制技术，设计一种圆形管件相贯线焊接装备，实现三通管件相贯线的自动化焊接功能，满足工作需求，同时使它具有良好的通用性，进一步的深入研究可以使其应用到多种相贯线的自动化焊接中，具有广泛的使用前景。(二)国内外在该方向

6、的研究现状及分析在现代焊接生产中，插管焊接是化工和锅炉等行业中非常普遍的-种连接形式。为了达到受力均匀的目的，封头通常采用碟形、球形或椭球形等几何形体。对于封头和插管相贯线接缝的焊接，一般工厂仍由手工焊接完成，制造周期长，劳动强度大，生产效率低，焊接质量难以保持稳定；对于大型的厚壁容器在焊接的过程中，需要对焊接部位进行预热，一般的预热温度都要达到150度以上，在这种温度下人工操作环境非常恶劣。这就迫切需要机器人来代替手工焊来完成这些困难的焊接任务。国内许多专家和学者对管道插接或类似于该种焊接工况的焊接机器人及焊

7、接自动化设备的设计和研究也做了很多工作，取得了一定的成果。中国石油管道科学院闫政等研制了管与管对接的自动焊机，如图1所示，10解决了平面封闭环线的全位置焊接问题。山东工业大学的张忠厚等文献研制了低成本的自动焊接装置，较好地解决了薄壁封头和接管相贯线接缝的单层自动焊接问题。它是通过特制专用凸轮，类似靠模仿型的原理实现的，然而对于不同形状相贯线接缝的焊接，需要更换和制作不同的凸轮；对于厚壁封头与接管相贯线接缝进行多层、不同道数焊接时，专用凸轮的制作难度很大，另外，对于曲率变化较大的接缝很难实现匀速焊接，因此，限制了

8、系统的通用性。山东大学的霍孟友等研制了一种椭球面接头的自动焊接装置，如图2所示，实现了多球面的相贯线焊接，系统可以根据相贯线轨迹来控制焊枪的位置，但是仍然需要将焊件安装到变位机上。对于大型的锅炉等容器，使整个容器进行旋转是很难实现的，特别是在一个大的容器上面要焊接多个插管的情况。北京石油化工学院还研制了啮合式导轨管道焊接机器人，该机器人主要由导轨、行走机构、焊枪位置调整机构、摆动机构、