轨道式焊接机器人机械设计及控制系统毕业答辩PPT文档格式.pptx
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而管道运输的主要载体是长距离管道,因此管道接口的自动化焊体是长距离管道,因此管道接口的自动化焊接就有重要的研究意义。
接就有重要的研究意义。
二、研究目的二、研究目的针对目前石油输送管道自动焊接的问题针对目前石油输送管道自动焊接的问题提出一种移动式焊接机器人系统。
该系统由提出一种移动式焊接机器人系统。
该系统由轨道小车和机械臂组成,可以实现对接管道轨道小车和机械臂组成,可以实现对接管道的自动焊接工作,提高焊接质量及工作效率。
的自动焊接工作,提高焊接质量及工作效率。
三、焊接机器人三、焊接机器人国内外研究情况国内外研究情况国外焊接技术发展概述国外焊接技术发展概述现如今国外已经在众多工业中运用到焊接机器人。
国外的焊接机器人主要有现如今国外已经在众多工业中运用到焊接机器人。
国外的焊接机器人主要有两大系类,日本系类和欧洲系类。
两大系类,日本系类和欧洲系类。
日本系类的机器人性能良好,主要研发机器人的公司有安川、日本系类的机器人性能良好,主要研发机器人的公司有安川、OTC、FANUC、松下等,对于焊接机器人的研发日本也走在世界前列,并且自动化、松下等,对于焊接机器人的研发日本也走在世界前列,并且自动化焊机器人运用已经获得一定的成绩,拥有许多成型的焊接机器人产品并应用焊机器人运用已经获得一定的成绩,拥有许多成型的焊接机器人产品并应用于某些管道工程当中。
日本享有于某些管道工程当中。
日本享有“机器人王国机器人王国”的美誉,工业的机器人总量的美誉,工业的机器人总量超过超过50万台万台6,成为工业机器人数量总额最大的国家。
并且日本已经把工业,成为工业机器人数量总额最大的国家。
并且日本已经把工业机器人合理的运用到实际的生产当中,提高产品质量,为经济发展提供动力。
机器人合理的运用到实际的生产当中,提高产品质量,为经济发展提供动力。
欧洲系列机器人也有自己的特点,不仅生产效率高,而且机器人的能耗欧洲系列机器人也有自己的特点,不仅生产效率高,而且机器人的能耗相对较低。
主要的研究公司有德国的相对较低。
主要的研究公司有德国的CLOOS、瑞典的、瑞典的ABB等公司。
自动焊接等公司。
自动焊接设备也受到欧美许众多达国家的重视。
如(设备也受到欧美许众多达国家的重视。
如
(1)CRR公司(公司
(2)德国的)德国的VIETZ公公司(司(3)美国的)美国的MAGNAI和和ECH公司(公司(4)英国的)英国的NOREAST公司(公司(5)荷兰的)荷兰的VERAWELD公司等。
各公司的自动化焊接机器人良好平的用于实际的生产当公司等。
各公司的自动化焊接机器人良好平的用于实际的生产当中,包括汽车制造业、船舶制作业、铁路维修业、兵器研发业、桥梁建筑修中,包括汽车制造业、船舶制作业、铁路维修业、兵器研发业、桥梁建筑修建等行业。
快速发展的工业机器人对降低成本,减少劳动力,改善工作环境,建等行业。
快速发展的工业机器人对降低成本,减少劳动力,改善工作环境,提高工作质量都起到了重要的作用,可以说于直接决定了一个国家的发展水提高工作质量都起到了重要的作用,可以说于直接决定了一个国家的发展水平。
平。
国外发展情况国外发展情况2000年,美国年,美国CarnegieMellon大大学机器人研究所研制了一台名学机器人研究所研制了一台名为为ROWER的四腿行走的移动平的四腿行走的移动平台,平台上安装有一台焊接机台,平台上安装有一台焊接机器人,采用器人,采用“遥控遥控+自主方式自主方式”工作,已经初步应用到造船工工作,已经初步应用到造船工业中。
业中。
日本庆应大学学者日本庆应大学学者Suga等为平等为平面薄板焊接研制的自主性移动面薄板焊接研制的自主性移动焊接机器人。
该移动焊接机器焊接机器人。
该移动焊接机器人的移动平台采用三轮式,其人的移动平台采用三轮式,其中两个驱动轮在移动平台的侧中两个驱动轮在移动平台的侧面,前面有一个自位轮起稳定面,前面有一个自位轮起稳定作用作用。
国内焊接技术发展概述国内焊接技术发展概述焊接机器人在国内受到重视的时间与国外有一定的差距。
现阶段国内焊接机器人在国内受到重视的时间与国外有一定的差距。
现阶段国内焊接机器人主要应用于一下几个行业:
(焊接机器人主要应用于一下几个行业:
(1)汽车业()汽车业
(2)摩托车业)摩托车业(3)工程机械()工程机械(4)铁路机车)铁路机车10。
应用于长距离管道施工的技术还有。
应用于长距离管道施工的技术还有一定的不足,管道接口的焊接大多数情况下仍然运用手动焊接。
手动一定的不足,管道接口的焊接大多数情况下仍然运用手动焊接。
手动焊接不仅收到工作环境、焊接位置的限制,而且焊接质量也有待提高。
焊接不仅收到工作环境、焊接位置的限制,而且焊接质量也有待提高。
因此自动化机器人焊接的发展十分重要。
在因此自动化机器人焊接的发展十分重要。
在20世纪世纪80年代后,越来越年代后,越来越多的机关开始重视管道焊接机器人的研究开发。
越来越多的科研机构、多的机关开始重视管道焊接机器人的研究开发。
越来越多的科研机构、大学院校、施工单位逐渐着手自动化焊接机器人的研究工作。
在应用大学院校、施工单位逐渐着手自动化焊接机器人的研究工作。
在应用于实际生产工作中获得了较大的进步。
对石油、天然气等物质的远距于实际生产工作中获得了较大的进步。
对石油、天然气等物质的远距离运输提供了重要的运输途径。
促进了制造业的的发展的同时也推动离运输提供了重要的运输途径。
促进了制造业的的发展的同时也推动我国经济的高速发展。
但从总体来看,我国的自动化焊接机器人技术我国经济的高速发展。
但从总体来看,我国的自动化焊接机器人技术水平和在实际生产中的应用程度与国际一些国家比还有一定的差距。
水平和在实际生产中的应用程度与国际一些国家比还有一定的差距。
如何提高自动化机器人水平使工程的焊接质量提高是我们必须面对的如何提高自动化机器人水平使工程的焊接质量提高是我们必须面对的问题,只有合理的运用自动化焊接机器人,提高生产的效率,才能提问题,只有合理的运用自动化焊接机器人,提高生产的效率,才能提高我国产品的国际竞争力高我国产品的国际竞争力。
国内发展情况国内发展情况清华大学和北京石油化工学院清华大学和北京石油化工学院在国家在国家863计划支持下研制的计划支持下研制的LL-2管道焊接机器人。
该机器管道焊接机器人。
该机器人采用永磁轮吸附管道,采用人采用永磁轮吸附管道,采用双双CCD视觉传感器识别预先画视觉传感器识别预先画出的与焊缝平行的曲线;
该机出的与焊缝平行的曲线;
该机器人的焊枪位于移动平台的后器人的焊枪位于移动平台的后方使得磁轮骑跨在管道上。
方使得磁轮骑跨在管道上。
铝制轻型刚性轨道,齿轮齿条铝制轻型刚性轨道,齿轮齿条传动,车体载有焊枪二维姿态传动,车体载有焊枪二维姿态调整模块和焊枪摆动模块,实调整模块和焊枪摆动模块,实现构件的多种焊接方式。
该机现构件的多种焊接方式。
该机器人于器人于2006年在国家体育场年在国家体育场“鸟巢鸟巢”工程中成功获得应用。
工程中成功获得应用。
四、研究内容四、研究内容本课题针对目前石油输送管道的自动焊接问题本课题针对目前石油输送管道的自动焊接问题提出一种提出一种4自由度移动式焊接机器人系统。
该机器人自由度移动式焊接机器人系统。
该机器人系统由轨道、小车和机械臂做成,机器人的研制成系统由轨道、小车和机械臂做成,机器人的研制成功可以实现对接管道的自动焊接工作,降低工人的功可以实现对接管道的自动焊接工作,降低工人的劳动强度,提高焊接质量及工作效率。
劳动强度,提高焊接质量及工作效率。
五、主要工作五、主要工作1.机器人的工作范围分析机器人的工作范围分析2.轨道式焊接机器人运动分析轨道式焊接机器人运动分析3.移动式焊接机器人机械移动式焊接机器人机械结构结构设计设计4.建立焊接机器人的三维模型和二维平面图建立焊接机器人的三维模型和二维平面图5.轨道式焊接机器人电路控制系统设计轨道式焊接机器人电路控制系统设计1、机器人的工作范围分析、机器人的工作范围分析机械臂径向移动范围机械臂径向移动范围100mm,轴向,轴向移动范围移动范围150mm,焊枪摆动范围,焊枪摆动范围30。
小车。
小车转动范围转动范围3602、轨道式焊接机器人运动分析轨道式焊接机器人运动分析D-H坐标系的建立坐标系的建立2、轨道式焊接机器人运动分析轨道式焊接机器人运动分析机器人的机器人的D-H参数参数连杆的变换矩阵连杆的变换矩阵连杆杆adcossin110505010229001500133-9001000-1440500103、轨道式焊接机器人机械结构设计轨道式焊接机器人机械结构设计轨道式焊接机器人的结构轨道式焊接机器人的结构各关节电机与减速器选型各关节电机与减速器选型轨道式焊接机器人关键零部件校核轨道式焊接机器人关键零部件校核轨道式焊接机器人的结构轨道式焊接机器人的结构小车小车结构结构轨道结构轨道结构轨道式焊接机器人的结构轨道式焊接机器人的结构小车和刚性导轨之间的连接件小车和刚性导轨之间的连接件轨道式焊接机器人的结构轨道式焊接机器人的结构机器人机器人机械臂的设计机械臂的设计各关节电机与减速器选型各关节电机与减速器选型轨道式焊接机器人关键零部件校轨道式焊接机器人关键零部件校核核第第4关节蜗轮蜗杆的校核关节蜗轮蜗杆的校核蜗轮蜗杆的校核包括
(1)蜗轮齿面接触疲劳强度
(2)蜗轮齿根弯曲疲劳强度。
蜗轮齿面接触疲劳强度计算接触应力的公式为:
通过机械设计17可知K=KAKKv,因为此设计摆动机构的载荷不大,所以取K=1;
因载荷均匀,取KA=1;
蜗轮的转速为rad/s,所以取Kv=1.15;
所以推出K=1.15,蜗轮蜗杆的相关参数为:
d1=20;
a=30mm;
所以。
通过机械设计图11-18可知Z=2.6,T2=2.77N.MKHN为接触强度寿命系数:
N为应力循环次数:
KHN=因为(129.3511。
所以蜗轮齿根弯曲疲劳强度合格第第2关节轴承校核关节轴承校核关节2选择深沟球轴承,通过前面的质量设定,确定Fr=90N、Fa=50N。
轴承的转速=33r/s=198r/min预期在正常的工作条件下,轴承的使用寿命为Lh=5000h。
由机械设计表13-5可以了解0.56大于深沟球轴承的最大判断系数e(0.44),所以X=0.56,初选Y=1.6轴承的当量动载荷P由机械设计查处其公式为:
同过查机械设计中的表13-6,可以确定fp=1.1P=1.1(0.5690+1.650)=143.44N轴承基本额定动载荷C:
由机械设计表134选出ft=1所选轴承的相关参数为:
d=8、D=16、B=5、C=1320N、C0=650N根据数据求出相此时的轴向载荷所相应e和Y:
由机械设计表135可知,0.077在0.070.13范围之间。
通过直线插值法求出Y对应值:
P=1.1(0.5690+1.57750)=142.175N由于要求的使用寿命为5000h,小于实际寿命5135.5h。
所以本轴承的选择符合标准。
4、建立焊接机器人的三维模型和二建立焊接机器人的三维模型和二维平面图维平面图机器人的三维模型机器人的三维模型视频仿真4、建立焊接机器人的三维模型和二建立焊接机器人的三维模型和二维平面图维平面图二维平面图二维平面图5.轨道式焊接机器人电路控制系统设轨道式焊接机器人电路控制系统设计计可编程控制器和驱动器的连接驱动器与步进电机的连接5.轨道式焊接机器人电路控制系统设轨道式焊接机器人电路控制系统设计计轨道式焊接机器人总电控图轨道式焊接机器人总电控图5.轨道式焊接机器人电路控制系统设轨道式焊接机器人电路控制系统设计计轨道式焊接机器人控制柜的设计轨道式
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