焊接機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)1第 1 章 緒論 緒論1.1 1.1 課題研究的目的及意義 課題研究的目的及意義焊接是制造業(yè)中最重要的工藝技術(shù)之一。它在機(jī)械制造、核工業(yè)、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和電子等行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接已從簡(jiǎn)單的構(gòu)件連接方法和毛坯制造手段，發(fā)展成為制造業(yè)中一項(xiàng)基礎(chǔ)工藝，一種生產(chǎn)尺寸精確的產(chǎn)品的生產(chǎn)手段。傳統(tǒng)的手工焊接已不能滿足現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)品制造的質(zhì)量、數(shù)量要求。因此，保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、提

2、高生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)條件已成為現(xiàn)代焊接制造工藝發(fā)展亟待解決的問題。電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展為焊接過程自動(dòng)化提供了十分有利的技術(shù)基礎(chǔ)，并已滲透到焊接各領(lǐng)域中。近 20 年來，在半自動(dòng)焊、專機(jī)設(shè)備以及自動(dòng)焊接技術(shù)方面已取得了許多研究和應(yīng)用成果，表明焊接過程自動(dòng)化已成為焊接技術(shù)新的生長(zhǎng)點(diǎn)之一。從 21 世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展要求看，焊接自動(dòng)化生產(chǎn)已是必然趨勢(shì)。焊接機(jī)器人的誕生是焊接自動(dòng)化革命性的進(jìn)步，它突破了焊接剛性自動(dòng)化的

3、傳統(tǒng)方式，開拓了一種柔性自動(dòng)化的生產(chǎn)方式，從而使中小批量的產(chǎn)品自動(dòng)化焊接成為可[1]。焊接機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、摩托車等行業(yè)，極大地提高了焊接生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，使焊接生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。同時(shí)改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境[2]。但是，現(xiàn)在焊接領(lǐng)域中自動(dòng)化程度最高的手臂式機(jī)器人在使用時(shí)有兩個(gè)局限性：一個(gè)是它的活動(dòng)范圍較小，因?yàn)樗褚粋€(gè)手臂，手臂長(zhǎng) 1.5~2 米，也就是其活動(dòng)半徑，所以焊接的工件不能太長(zhǎng)，最大范圍也不能超

4、過 2 米。二是它必須用編程或示教進(jìn)行工作，對(duì)不規(guī)則的焊縫，特別是在焊接過程中焊縫發(fā)生形變時(shí)，則很難適應(yīng)。然而，許多大型工件體積非常龐大，而且必須在工地和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接。例如：石化工業(yè)中的大型儲(chǔ)油罐、球罐，造船業(yè)中的各種輪船，對(duì)這類產(chǎn)品的焊接，就很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，許多建設(shè)工作仍然采用人工焊接[3]。因此，給焊接機(jī)器人加裝各種傳感器，使它們具有焊接路徑自主獲取、焊縫跟蹤以及焊接參數(shù)在線調(diào)整等能力，具有很高的實(shí)用價(jià)值。機(jī)器人焊接過程的自主化和智

5、能化已經(jīng)成為科研工作者的一個(gè)研究重點(diǎn)。移動(dòng)焊接機(jī)器人由于其良好的移動(dòng)性、強(qiáng)的磁吸附力以及較高的智能，成為解決大型焊接結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接的有效方法[4]。盡管自主移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用化研究還不夠完善，但移動(dòng)機(jī)器人是解決無軌道，無導(dǎo)向，無范圍限制焊接的良好方案。1.2 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自 1962 年美國(guó)推出世界上第一臺(tái) Unimate 型和 Versatra 型工業(yè)機(jī)器人以來，越來越多的工業(yè)機(jī)器人投入生產(chǎn)使用中。這其中大約

6、有半數(shù)是焊接機(jī)器人。焊接機(jī)器內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)3中國(guó)從事接觸跟蹤和電磁跟蹤研究較早的單位。60～70 年代后期發(fā)展了電磁跟蹤、光電跟蹤、電弧跟蹤、激光跟蹤等非接觸跟蹤技術(shù)。華中科技大學(xué)與湖北造船廠合作研制成功全位置電磁跟蹤氣體保護(hù)焊機(jī)，跟蹤精度達(dá)±1mm。華南理工大學(xué)與廣州造船廠共同研制的電磁立焊縫自動(dòng)跟蹤焊機(jī)，用在萬噸輪的焊接上。天水電氣傳動(dòng)研究所和上海造船工藝研究所合作，研制的光電跟蹤裝置用于螺旋管焊接和船舶的焊接生產(chǎn)中。哈爾

7、濱焊接研究所與遼陽(yáng)鋼廠合作研制的激光跟蹤裝置用于螺旋管焊接自動(dòng)生產(chǎn)線等。20 世紀(jì) 80 年代后期，微機(jī)跟蹤和電視跟蹤技術(shù)得到迅速發(fā)展，從而為傳統(tǒng)焊接自動(dòng)化向現(xiàn)代焊接自動(dòng)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[9]。從 20 世紀(jì) 70 年代末開始，清華大學(xué)潘際鑾院士對(duì)電弧傳感焊縫跟蹤做了大量研究。80 年代末，潘院士在電弧傳感器結(jié)構(gòu)及控制方面又進(jìn)行了新的研究，研制出一種空心馬達(dá)式高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器，并成功地對(duì)一種無道軌的自動(dòng)小車進(jìn)行跟蹤控制，獲得了專利

8、[[10]。此外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功了單片機(jī)控制高精度激光跟蹤系統(tǒng)，西北工業(yè)大學(xué)研制成功微處理機(jī)控制熔化極脈沖窄間隙焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)等，都獲得了較好的自動(dòng)控制效果[11]。計(jì)算機(jī)圖像法控制技術(shù)也在 80 年代研究成功，如水電部電力建設(shè)研究所研制成功 DL-64 固態(tài)圖像傳感器進(jìn)行焊縫跟蹤的裝置?？偟恼f來，我國(guó)的焊接研究人員對(duì)各種焊縫跟蹤方法進(jìn)行了研究，并在某些特定的應(yīng)用中獲得了成功。但是，由于種種原因，我國(guó)的焊縫跟蹤技術(shù)大都還停留在