机器人管板自动焊接系统关键技术研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：机器人管板自动焊接系统关键技术研究英文并列题目：ResearchontheKeyTechnologyofTubeSheetWeldingRobotSystem研究生：田媛专业：机械工程研究方向：机械设计与理论导师：平雪良指导小组成员：学位授予日期：2016年6月20日答辩委员会主席：张秋菊江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一六年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加抖标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研巧成果，也不包含本人为获得江南大学或其它教育

2、机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明碗的说明并表示谢意。签名：呵也：年＾月＾日＿日期关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江南大学有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文一，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。签名：續戈１导师签曰期：＾月＾曰＾摘要摘要随

3、着焊接机器人技术的不断发展，越来越多的焊接机器人运用于特种焊接领域。在石油、冶金、轻工、核电等特种制造领域存在着大量的管板焊接。虽然现在管板焊接已开始采用焊接操作架、自动化焊接小车等半自动化、专用化的焊接装备，但这些装置的使用和安装过程复杂，自动化程度不高，焊接工人劳动强度大，工作环境恶劣。针对现有管板焊接设备的局限性，结合国外管板焊接机器人研究成果，本文提出了一种机器人管板自动焊接方法，并就管板自动焊接机器人的若干关键技术问题，进行了以下几个方面的研究：1.通过对焊接作业对象进行分析，根据管板自动焊接机器人设计要求，确定了管板自动焊接机器人的总体方案；研究焊枪中弧长控制机构、焊枪摆动机构、

4、枪头及送丝机构等主要零部件的结构，完成了机器人管板焊接专用焊枪的设计。2.通过对焊接机器人运动学的研究，完成了机器人正逆运动学求解，并对机器人管板焊接过程中焊缝位姿及焊枪位姿模型进行研究，建立了基于焊缝倾角和焊缝转角的焊缝位姿模型及基于焊枪工作角、行走角及自转角的焊枪位姿模型，为机器人管板焊接路径规划打下了基础。3.对机器人管板自动焊接过程进行分析，确定了焊缝位姿函数、焊枪姿态函数、机器人可操作性函数等相关的机器人管板自动焊接系统性能指标函数，并据此采用改进遗传算法对机器人管板自动焊接过程和管板焊接空行程路径进行了规划。4.通过对焊接路径规划方法的研究，采用RobotMaster进

5、行管板焊接路径仿真，并通过路径优化结果对比分析验证本文所述路径优化算法的效果。通过RobotMaster生成的管板焊接所需加工代码完成了焊接空行程轨迹再现试验，验证了机器人管板自动焊接的可行性。本文以管板自动焊接机器人为研究对象，设计了机器人管板焊接专用焊枪，对焊接机器人运动学模型、焊缝位置、焊枪位姿、焊接路径规划及路径规划算法等问题进行研究，完成了机器人管板自动焊接过程和管板焊接空行程的路径规划，并通过仿真与试验验证了管板焊接路径规划结果的效果，为后续管板自动焊接机器人系统的研制开发打下了基础。关键词：管板；焊接机器人；改进遗传算法；路径规划；RobotMasterIAbstractAbs

6、tractWiththecontinuousdevelopmentofweldingrobottechnology,moreandmorerobotshavebeenwidelyappliedtothespecialweldingfield.Inpetroleum,metallurgy,lightindustry,nuclearpowerandotherspecialmanufacturingfieldtherearealargenumberoftubesheetwelding.Althoughtubesheetweldinghasstartedusinggantry,automatedwe

7、ldingcarriageandothersemi-automaticordedicatedweldingequipment.Theuseandinstallationofthesedevicesarecomplex,laborintensityishigh,workingconditionsarepoor.Aimingatthelimitationsoftheexistingtubesheetwelding