焊接機器人畢業(yè)設(shè)計論文

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)、計算機技術(shù)、數(shù)控及機器人技術(shù)的發(fā)展為焊接過程自動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，在半自動焊、專機設(shè)備以及自動焊接技術(shù)方面已取得了許多研究和應(yīng)用成果，表明焊接過程自動化已成為焊接技術(shù)新的生長點之一。從 21 世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展要求看，焊接自動化生產(chǎn)已是必然趨勢。焊接機器人的誕生是焊接自動化革命性的進(jìn)步，它突破了焊接剛性自動化的

3、傳統(tǒng)方式，開拓了一種柔性自動化的生產(chǎn)方式，從而使中小批量的產(chǎn)品自動化焊接成為可[1]。焊接機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、工程機械、摩托車等行業(yè)，極大地提高了焊接生產(chǎn)的自動化水平，使焊接生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。同時改善了工人的勞動環(huán)境[2]。但是，現(xiàn)在焊接領(lǐng)域中自動化程度最高的手臂式機器人在使用時有兩個局限性：一個是它的活動范圍較小，因為它像一個手臂，手臂長 1.5~2 米，也就是其活動半徑，所以焊接的工件不能太長，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，對不規(guī)則的焊縫，特別是在焊接過程中焊縫發(fā)生形變時，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)場進(jìn)行焊接。例如：石化工業(yè)中的大型儲油罐、球罐，造船業(yè)中的各種輪船，對這類產(chǎn)品的焊接，就很難實現(xiàn)自動化，許多建設(shè)工作仍然采用人工焊接[3]。因此，給焊接機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，具有很高的實用價值。機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研究重點。移動焊接機器人由于其良好的移動性、強的磁吸附力以及較高的智能，成為解決大型焊接結(jié)構(gòu)件自動化焊接的有效方法[4]。盡管自主移動機器人的實用化研究還不夠完善，但移動機器人是解決無軌道，無導(dǎo)向，無范圍限制焊接的良好方案。1.2 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自 1962 年美國推出世界上第一臺 Unimate 型和 Versatra 型工業(yè)機器人以來，越來越多的工業(yè)機器人投入生產(chǎn)使用中。這其中大約

6、有半數(shù)是焊接機器人。焊接機器內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)3中國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，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跟蹤焊機，用在萬噸輪的焊接上。天水電氣傳動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鋼廠合作研制的激光跟蹤裝置用于螺旋管焊接自動生產(chǎn)線等。20 世紀(jì) 80 年代后期，微機跟蹤和電視跟蹤技術(shù)得到迅速發(fā)展，從而為傳統(tǒng)焊接自動化向現(xiàn)代焊接自動化發(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，并成功地對一種無道軌的自動小車進(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)研制成功微處理機控制熔化極脈沖窄間隙焊縫自動跟蹤系統(tǒng)等，都獲得了較好的自動控制效果[11]。計算機圖像法控制技術(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，我國的焊接研究人員對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，我國的焊縫跟蹤技術(shù)大都還停留在