二自由度仿生手指形焊枪结构设计及仿真

目前,传统的焊接机器人在实现空间复杂曲线的焊接和全位置焊接的过程中,需要机器人的个个关节进行耦合调节,机器人系统惯量增大,且容易引起干涉现象。基于降低机器人系统惯量,增强系统刚度,简化控制,避免干涉,实现焊枪的时时调节功能。以相贯线焊接为例,创新性地提出了一种能够自身调节工作角和行走角功能的二自由度仿手指形焊枪,建立D-H坐标系对仿生手指形焊枪进行了运动学分析;通过运动学仿真,未检查出系统干涉和碰撞,工作角和行走角调节机构的调节范围能够达到焊接工艺要求,从而验证了机构设计的合理性,为实现精确焊接提供了基础。     

管内锚固式相贯线专用焊接机器人

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空问焊缝.针对管道插接焊缝的特殊焊接工艺要求,采用串并联混合方式设计了一种新型的5自由度焊接机器人.机器人以管道内壁为锚固对象,实现了机器人锚固、运动机构、焊枪姿态调节机构和送丝机构的一体化设计.机器人利用3个关节对焊枪位置进行控制,利用2自由度的自动定心手腕机构对焊枪进行姿态控制,实现了焊枪位置和焊枪姿态的独立控制.针对该专用焊接机器人,建立了焊接机器人的运动学模型,给出了机器人运动学模型解法.实际焊接试验表明,该焊接机器人锚固牢固、定位准确,焊接过程可控性好,控制模型能够满足空间相贯线焊缝的焊接工艺要求.     

管道插接相贯线专用焊接机器人

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空间焊缝.针对管道插接焊缝的特殊焊接工艺要求,采用串并联混合方式设计了一种新型的5自由度焊接机器人,实现了机器人锚固、运动机构、焊枪姿态调节机构和送丝机构的一体化设计.设计了2自由度的自动定心手腕机构,实现了焊枪位置和焊枪姿态的独立控制,建立了专用焊接机器人的运动学模型.针对通用型的相贯线模型,建立了焊枪位置、焊枪姿态和焊接速度的实时控制数学模型.结果表明,该焊接机器人锚固牢固、定位准确,焊接过程可控性好,控制模型能够满足空间相贯线焊缝的焊接工艺要求.     

轨道式焊接机器人的虚拟样机设计与仿真

针对受损的水轮机叶片等具有空间复杂曲面结构,在其安装位置直接进行修复工作,设计了一种基于移动平台的焊接机器人虚拟样机。为确定焊枪末端与机器人6个关节之间的运动关系,建立虚拟样机DH坐标系,借助Matlab软件得到运动学方程正、逆解。将在Solid Works软件中建立的焊接机器人三维模型,导入ADAMS仿真软件进行运动学分析。仿真结果表明:机器人在狭窄空间启动时,由滑动、转动关节运动引起的焊枪末端空间位移变化小,速度、加速度曲线变化平缓,无任何突变,证明了该虚拟样机设计的有效性,满足基坑内的焊接工作要求。     

基于ARM的机器人自动焊接控制系统

立体曲线焊缝焊接时会产生较大的焊接变形,如以示教方式进行机器人焊接将导致焊接路径的偏离,必须在焊接过程中进行实时纠偏.设计开发了一种焊接机器人控制系统,硬件以ARM9-S3C2440为核心,通过RS232与机器人进行通信,编写了控制软件,实现了焊接机器人的焊枪位置实时调整,有效应对了焊接热变形的影响.既保证了焊枪沿着坡...     

基于离线编程技术的机器人焊接干涉仿真研究

由于雷达底座具有复杂的内腔结构,在进行机器人焊接生产时容易出现机械结构对机器人手臂的干涉。本文采取KUKA Sim Pro仿真软件,应用离线编程技术,对雷达底座进行了机器人焊接的干涉仿真研究。模拟发现在底座内部的焊缝,特别是支撑板与圆筒连接的焊缝,容易出现干涉现象,机器人手臂不能正常到达;在底座外围的焊缝,不会出现干涉现象。与实际的机器人焊接过程进行对比发现,模拟过程中焊接机器人运行轨迹与现场实际焊接过程中记录的轨迹基本吻合,发生干涉的位置也基本一致。由此证明可以用软件的模拟仿真来指导实际产品的机器人焊接生产,提高焊接生产效率,减少焊接缺陷。     

马鞍形曲线自动焊接四轴联动插补算法

介绍了一种马鞍形曲线自动焊接系统的工作原理、系统结构、插补算法和仿真结果.设计了具有τ,γ,ρ,σ四自由度的马鞍形曲线自动焊接系统结构,通过四轴联动控制,控制焊枪运动轨迹和姿态,实现马鞍形曲线焊缝的自动焊接.在对系统运动学模型的分析基础上,利用四轴联动及空间解析几何原理,建立了马鞍形曲线焊接时的轨迹和焊枪姿态控制的数学模型,提出了马鞍形曲线自动焊接四轴联动插补算法.对马鞍形曲线实例进行了算法的仿真分析.结果表明,算法具有理想的轨迹控制精度和姿态控制精度,实现了马鞍形曲线的直接插补.     

螺旋缝埋弧焊管内外自动焊焊枪结构设计

介绍传统焊枪和新设计埋弧焊管内外自动焊焊枪的结构,分析新型埋弧焊枪的工作原理,对比两种焊枪在生产中的应用情况。分析认为:与传统焊枪相比,新设计的埋弧焊枪能始终保证焊丝与导电嘴一侧接触,保证焊接时焊丝的位置稳定,通过风冷可以有效降低焊丝温度,同样工况下提高了焊缝形貌及理化性能结果。新设计的焊枪结构仍存在短板,无法针对多丝焊进行调节;焊接内径较大的焊管时,利用传导机构调节内焊丝位置较容易,管径小时则不易操作。建议与自动化测量技术相结合,根据导电嘴损耗自动调节焊丝位置,避免因忘记手动操作或位置局限难操作等引起的焊丝位置偏离而造成的产品质量问题。     

管道插接焊缝位置及焊枪位姿建模

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空间焊缝.针对弧焊机器人工作的特殊要求,在不失一般性的基础上,建立了焊缝位置及焊枪位姿的数学模型,以坐标系的形式定量描述了焊缝及焊枪的位置和方向,确定了能够准确描述焊枪姿态的参数:工作角、行走角和自转角,并给出了计算方法.通过对相贯线焊缝特征的分析,发现相贯线上任意点的切线始终与过该点的两个圆柱切平面的交线重合,在此基础上提出了一种简单的建立焊缝特征矩阵的计算方法.该模型对管道插接具有通用性,对焊接工艺的建模与仿真以及机器人焊接的建模与离线编程具有重要意义.     

双机器人协调焊接任务规划及仿真

针对复杂曲线焊缝,对一台机器人夹持待焊接的工件,另一台机器人对物体进行焊接的双机器人协调焊接运动问题展开研究,建立了双机器人协调焊接坐标系,采用非主从式运动学轨迹规划,给定待焊接物体上某一点u的位姿,通过点u到焊接机器人和夹持机器人工具末端的两个约束矩阵,分别计算得到焊接机器人和夹持机器人的末端轨迹;焊接过程采用船形焊缝约束,保证焊枪与焊缝在弧焊过程中始终处于接头成形良好的位置,建立双机器人协调焊接Solidworks-SimMechanics仿真平台,并对一个管道直角钢制弯头的协调焊接进行了运动学轨迹规划和仿真.结果表明,建立的平台能精确和有效地对双机器人协调焊接运动进行任务规划和分析,机器人运动轨迹与规划的轨迹一致.     

脉冲焊接工艺摆动电弧焊缝跟踪技术

介绍一种基于摆动电弧的脉冲焊接工艺的焊缝跟踪方法。介绍了焊缝跟踪的基本原理,分析了脉冲焊接工艺中焊接电流的特点。根据脉冲焊接工艺自身特点,设计了有限长单位冲击响应滤波器,有效滤除了电流受到的干扰,获得电流随焊炬摆动而产生的周期性变化趋势。对比了焊接电流极大值比较法和积分差值法的特点,通过比较坡口两侧的电流数据的积分差值判断焊炬摆动的偏差量和偏差方向。设计一种模糊控制器进行偏差调整,实现焊炬自动调整。结果表明,所用方法可以实现焊炬自动调整。     

用于焊接机器人的TOPTIG工艺

TOPTIG是一种新的机器人焊接工艺,该工艺结合了TIG焊（焊接质量）和MIG焊（生产效率）的优点,其关键部件是一把独创设计的焊枪,填充焊丝穿过喷嘴与电机尖角平行。这种结构有一个重要的优点：减小了焊枪的总体尺寸,加强了机器人焊接时对于复杂焊接结构的可达性,无需借助机器人的第六轴改变焊枪及送丝的朝向。与该焊枪相关联的几个技术特征有：自动更换钨电极,双汽流喷嘴和推拉丝送丝机构。该焊接工艺已经在汽车制造工业中得到实际应用,如使用CuSi3焊丝无飞溅焊接镀锌板;食品工业,金属装饰品或化工产品的其他应用,如焊接不锈钢或铝合金。     

弧焊机器人结构光视觉传感焊缝跟踪

建立了弧焊机器人视觉传感焊缝跟踪系统,重点研究了跟踪路径提取算法和焊缝跟踪的实现策略。采用传感器引导机器人运动的控制方式,为克服前视距离的影响,提取的焊缝跟踪点信息在跟踪过程中不是立刻被使用的,而是存储在循环队列结构中,要等到焊枪到达该点附近时才能用到。计算出的机器人驱动向量使焊枪向焊缝的中心点方向调整,并按照给定的步长运动,使其始终沿焊缝方向向前运动,实现沿焊缝的自主跟踪。结果表明,通过对焊枪位置及绕焊枪旋转角度的调节,实现了S形曲线焊缝的实际跟踪,跟踪过程平稳、精确。     

移动焊接机器人的空间拓扑结构分析

对移动焊接机器人的拓扑结构进行了分析.移动焊接机器人的基本结构主要为差速驱动的移动机器人本体配合快速调整的焊枪悬臂十字滑架.根据焊枪悬臂位置的不同可细分为焊枪位于车体前面、侧面、驱动轮的轴线上,或者焊枪悬臂可以绕驱动轮轴线中点旋转四种情况.结果表明,不同的拓扑结构,具有不同的运动行为以及跟踪适应性,其中焊枪位于两驱动轮轴线上的拓扑结构控制简单、运动灵活、焊接空间可达性强,在曲线以及大角度折线跟踪中不失为一种较为理想的选择.为不同的焊接应用场合选用不同的拓扑结构提供了选择依据.     

大型构件水下焊接机器人系统

针对水下焊接环境要求,设计了一种履带式水下焊接机器人系统,该系统由机器人本体机构、激光视觉传感器、控制系统和焊接系统组成. 机器人本体机构由履带式移动平台和焊枪调节机构构成,运动灵活可靠,满足水下焊接焊缝跟踪要求. 完成了视觉传感器部件选型及光路设计,实现水下环境的焊缝自动识别. 设计了基于PLC机器人控制系统和协调控制方法,实现水下环境的焊缝跟踪控制. 同时在水下焊接试验平台完成焊接跟踪试验. 结果表明,机器人运行稳定,焊缝成形较好,焊接质量满足要求.     

异型断面管道自动焊接执行机构设计及运动仿真

在自主研发的全位置管道焊接机器人基础之上,针对异型断面波纹管的特点,研究了一种异型断面波纹管自动焊接机器人,能实现波纹管现场组对、坡口加工及自动化焊接等问题.该机器人系统主要包括对管装置、焊接/切割控制系统、自动焊接/切割系统、焊接/切割自动执行装置.着重分析了其自动焊接执行机构,并在结构模型的基础上进行了运动仿真研究...     

主管旋转式相贯曲线自动焊接模型与仿真

相贯管道的主管旋转式焊接方式能够实现相贯焊缝的全过程平角焊,降低工艺复杂度并提高焊接质量. 为了实现相贯管道的自动化焊接,建立了主管旋转式相贯曲线自动焊接模型. 以一般性相贯管道几何模型为基础,用齐次变换矩阵分析了焊缝特征和焊枪姿态,得出了主管旋转角的变化规律及焊枪与世界坐标系的空间位置关系. 利用MATLAB和OpenGL对相贯管道的几何模型和焊接过程的运动模型进行了仿真. 结果表明,该自动焊接模型是可行的,可以用于主管旋转式相贯曲线自动焊接的实时插补或离线编程.     

An optical sensing system for seam tracking and weld pool control in gas metal arc welding of steel pipe

A visual sensing system was developed for automatic gas metal arc welding (GMAW) of the root pass of steel pipe. The system consisted of a vision sensor that consisted of a charge-coupled device (CCD) camera and lenses, a frame grabber, image processing algorithms, and a computer controller. A specially designed five-axis manipulator was used to position the welding torch and to provide the vision sensor with automatic access to view the welding position. During the root pass welding, an image of the weld pool and its vicinity was captured using the camera without interference of the intensive arc light by viewing at the instance of a short-circuit of the welding power. The captured image was then processed to recognize the weld pool shape. For seam tracking, the manipulator was used to adjust the torch position based upon the pool image to the groove center. The measured gap size was used to determine the appropriate welding conditions to obtain sound penetration. The welding speed was chosen using fuzzy logic with the knowledge of a skilled welder and measured gap. The automatic welding equipment demonstrated that both welding conditions and torch position could be appropriately controlled to obtain a sound weldment and a good seam tracking capability.     

管道全位置焊接机器人机械系统研制

为解决管道建设野外作业的自动化焊接的难题。研制了一种导轨式管道焊接机器人,其关键技术包括：研制新型的行走机构、焊枪摆动机构、机器人导轨与智能控制系统。介绍了导轨式管道焊接机器人机械系统的研制,着重对其结构特点、动作原理、设计要点进行了分析和说明。结合焊接工艺的要求对送丝电机减速箱及走丝轮直径的选定进行了校核计算。现场应用表明,该机器人能沿导轨平稳、可靠的行走,进行管道的全位置焊接,其操作简便,成本低,适合我国现场施工作业及工人的技术水平,既保证了焊接质量,又提高了劳动效率。