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51wendang.com/ 本文档下载自文档下载网,内容可能不完整,您可以点击以下网址继续阅读或下载: http://www.51wendang.com/doc/ed1cb3aa3b2722cc9f5bdad8 空间复杂焊缝焊接机器人设计及其控制系统研究 答辩委员 [此处图片未下载成功] Thesisreviewer5: Chair: Committeeman1:Qing￡坌咀￡墅Q鱼曼墨Q￡Zh自i坌垒g!血iy曼!墨重!YCommitteeman2:WangQingfengProfessorZhejiangUniversityCommitteeman3:翌选i』i旦』虫坠垒￡蛩Q鱼墨曼Q￡Zh自i鱼ng!血iy曼!墨趣YCommitteeman4. Committeeman5: Dateoforaldefence:2Q12:Q3:Q墨 [此处图片未下载成功] 作及取得的 他人已经发 构的学位或 均已在论文 学位论文作者签名:柳五弄冷签字日期:沙、y年.多月冯日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江太堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅.本人授权逝塑太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文. (保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名:孙1铲导师签名:乳脱诫签字日期:矽y年夕,月乃日签字日期:必像年哆月秒日 [此处图片未下载成功] 致谢 本学位论文是在导师孔晓武副教授的不断指导下完成的,导师渊博的学识、谨的工作态度以及不断创新的精神,都一直激励着我刻苦钻研,积极努力,让的科研能力与专业技能有了长足的进步.至此论文完成之际,谨向孔老师致予高的敬意和由衷的感谢! 感谢杭州泛康控制技术有限公司在课题过程中给予的支持和帮助.在此,向振先生、林高峰先生、赵杰先生等表示衷心的感谢. 感谢杭州德泰电液系统工程有限公司岳艺明高工对本课题结构方案的指导帮助. 感谢实验室邓业民硕士、李葳硕士、马冲硕士、凌振飞硕士、满珍硕士、刘才硕士、蒲曾坤硕士、万刚硕士、李世振硕士、谢英太硕士、黄家海博士、杜博士、国凯博士等,在我的硕士期间日常生活和学习上给予的无私支持和帮助http://www.51wendang.com/doc/ed1cb3aa3b2722cc9f5bdad8,谢他们经常与我讨论、给我解答课题上的各种问题.祝他们万事如意、事业顺f 感谢寝室同学朱晓军硕士、赵攀峰硕士和吴君和硕士对我日常生活无微不至的关怀和照顾,大家在一起开心地度过了短暂而美好的三年校园时光.祝他们工作顺利、前程似锦. 尤其要感谢我的母亲25年来对我的无限关爱和付出,感谢所有家人对我学业的全力支持和鼓励.没有他们一直在背后的默默奉献与支持,就不会有我今天的进步! 感谢浙江大学这所百年学府对我的培养,浙江大学求是创新、学以致用的灵魂精神必将让我受益终生. 最后,再次向所有支持和关心我的老师、同学、朋友和亲人致以最诚挚的谢意! 郑祥格二零一二年一月于浙大求是园 [此处图片未下载成功] 案:直流无刷电机+磁栅尺的伺服控制系统.同时,研究了焊接工艺参数的反馈控制,介绍了一种简便的功率反馈闭环控制机构.最后用SolidWorks软件对整个焊接机器人的三维模型进行虚拟装配.

第三章,首先,运用D.H法建立焊接机器人的运动学方程,利用其姿态机构手腕姿态的变化引起的空间位置的变化与位置机构的映射关系,运用解析法求出其运动学逆解,此方法不仅不需要进行大量矩阵逆运算,而且简单、直接、高效.其次,结合弧焊机器人焊接的特点,进行了焊缝轨迹规划的研究.

第四章,首先,采用虚拟样机技术,运用ADAMS软件进行焊缝轨迹的运动学仿真分析;

其次,对位置机构伺服控制进行控制系统原理与算法研究,利用ADAMS和MATLAB软件对构建的伺服控制系统进行动力学联合仿真分析.

第五章,根据焊接机器人的系统组成,设计了运动控制系统的硬件系统和软件系统.

第六章,对全文的研究工作进行总结.阐述了主要研究结论,并对课题的后续研究提出了展望. 关键词:焊接机器人;

运动学;

动力学;

联合仿真;

控制系统 [此处图片未下载成功] ABSTRACT Alongwimtherapiddevelopmentofmanufacturingin21stcentury.weldingautomationisthttp://www.51wendang.com/doc/ed1cb3aa3b2722cc9f5bdad8heinevitabletrend,whichnotonlycangreatlyimprovetheweldingefficiency,butmostlyimportantlyistoensuretheweldingquality,improvetheoperatingenvironment.Modemweldingprocessisdevelopingtomechanization,automatization,intelligence.Theuseofweldingrobothasbecomethemainsymbolofmodernizationofweldingautomationtechnology. Thepaper,focusesontheweldingcharacteristicsofstainlesssteelpipeinsanitaryindustry,todesignanautomaticweldingrobotthatcailbeappliedtoavarietyofspacecomplexityseamandcombinescartesianstructureandjointstructure.Andusesteaching/reproductionworkingmode,itnotonlyhasagoodversatility,butalsohasthehi曲efficiencyofspecialweldingmachine.Themaincontentsareasfollows: Inchapter1,theweldingautomationtechnologyanditsdevelopmentstatusanddirectionalebrieflyintroduced.Thenthemainresearchcontentsandkeytechnologysareputforward. Inchapter2,dividesweldingrobotstructureintopositionmechanismusingcartesianstructureandpostm'

emechanismushttp://www.51wendang.com/doc/ed1cb3aa3b2722cc9f5bdad8ingjointstructureforanalysisandcalculation,accordingtothedesignrequirementsoftheweldingrobot.Thisstructurenotonlycombinestheadvantagesofcartesianstructureandjointstructure,butalsocomplementstheirowndisadvantages.Accordingtotheeconomicrequirementsofweldingequipment,anewcost-effectivedrivesolutionisproposedforthepositionmechanism:servocontrolsystemwithbmshlessDCmotorandmagnetic面druler.Then,studiesthefeedbackcontrolofweldingparameters,andintroducesasimplepowerfeedbackclosed-loopcontrolmechanism.Finally,buildsthe3Dmodelofweldingrobotforvirtualassembly、)l,itllSolidWorkssoftware. Inchapter3,firstly,establishskinematicequationsoftheweldingrobot晰tllthemethodofD-H.Utilizedthemappingofpositionchangesofthewristcausedbyitsposturechangesandpositionmechanism,thenUSeSanalyticalmethodtosolvetheinversekinematics.Thismethodnotonlydoesn'

trequirealargenumberofmatrix inverse,butalsosimple,directandefficient.Secondly,researchsontheweldtrajhttp://www.51wendang.com/doc/ed1cb3aa3b2722cc9f5bdad8ectoryplanningaccordingtoweldingcharacteristicsofarcweldingrobot. Inchapter4,firstly,USeSvirtualprototypingtechnologytosimulatetheweldtrajectory晰t11ADAMS;

Secondly,researchsoncontroltheoryandalgorithmofthepositionservocontrolsystem,thendoesCO-simulationontheservocontrolsystemwithADAMSandMATLABsoftware. Inchapter5,determinesthehardwareandsoftwaresolutionsofthecontrolsystemaccordingtothecomponentsofweldingrobotsystem. Inchapter6,themainworkofthispaperissummarized.Conclusionspointsareintroduced.Finally,thesubsequentresearchontheweldingrobotisprospected.Keywords:WeldingRobot;

Kinematics;

Dynamics;

Co simulation;

ControlSystem 次ⅡⅡI V .1 1.2研究目标与意义…51.3主要研究内容与关键技术…5第2章焊接机器人结构方案的确定72.1概述…72.2焊接机器人的设计要求…82.3机器人结构方案的研究…92.3.1位http://www.51wendang.com/doc/ed1cb3aa3b2722cc9f5bdad8置机构的分析与选择…92.3.2姿态机构的分析与选择…122.3.3焊接工艺参数反馈机构…132.3.4驱动方案的分析与选择…152.4机器人的结构方案实现与计算…162.4.1位置机构的实现与计算…162.4.2姿态机构的实现与计算…一202.4.3功率反馈机构的实现与计算…252.4.4三维模型的虚拟装配…262.5本章小结…27第3章运动学分析与焊缝轨迹规划 3.1运动学分析…283.1.1概述…283.1.2运动学正问题的求解…293.1.3运动学逆问题的求解…323.2弧焊机器人的焊缝轨迹规划…343.2.1概述…343.2.2点到点路径轨迹规划…343.2.3连续路径轨迹规划与插补算法…373.3本章小结…42第4章虚拟样机的建立与仿真分析. 4.1虚拟样机技术简介…434.2焊缝轨迹的运动学http://www.51wendang.com/doc/ed1cb3aa3b2722cc9f5bdad8仿真分析…444.2.1COSMOSMotion软件简介…444.2.2ADAMS软件简介…444.2.3运动学仿真模型的建立…454.2.4运动学仿真分析…474.3伺服控制系统动力学联合仿真分析…524.3.1ADAMS-与MATLAB联合仿真技术…524.3.2单关节传动系统的数学模型…534.3.3单关节位置控制系统研究…564.3.4联合仿真虚拟样机模型…574.3.5动力学控制联合仿真分析…594.4本章小结…63第5章运动控制系统的设计…………. 5.1焊接机器人的系统组成…5.2硬件系统的设计…655.2.1运动控制系统的总体方案…655.2.2运动控制卡的选择…665.2.3电气系统原理图的设计…68 VII [此处图片未下载成功] [此处图片未下载成功] 浙江大学硕士学位论文第1章绪论 第1章绪论 1.1研究背景 1.1.1焊接自动化技术简介 焊接是制造业中传统的、重要的加工工艺方法之一,广泛应用于机械制造、航空航天、能源交通、石油化工http://www.51wendang.com/doc/ed1cb3aa3b2722cc9f5bdad

8、建筑以及电子等行业.随着制造业的高速发展,传统的手工焊接已经不能满足现代高科技产品制造的质量和数量要求,而信息技术、计算机技术、自动控制技术的发展和应用,也正在彻底改变传统焊接的面貌,焊接生产过程的自动化已经成为一种迫切的需求,它不仅可以大大提高焊接生产率,更重要的是可以确保焊接质量,改善操作环境,现代焊接加工正在向着机械化、自动化的方向发展【l】. 焊接自动化主要是指焊接生产过程的自动化,它有两方面的含义:一是焊接工序的自动化,二是焊接生产的自动化.焊接工序的自动化主要是指焊接过程及焊接装备的自动控制问题,包括焊接程序的自动控制、焊接参数的自动控制、焊接夹具的自动控制、上下料的自动控制等.焊接生产的自动化主要是指焊接产品的生产过程,包括从备料、切割、焊接、检验等工序组成的焊接生产全过程的自动化,只有实现了焊接生产全过程的自动化,才能得到稳定的焊接质量和均衡的焊接生产节奏以及较高的焊接生产率. 1.1.2国内外焊接自动化技术的发展现状 国外发达国家的焊接自动化研究起步较早,早在上世纪40年代末美国已经开始从事焊接机械化、自动化技术的研究.在50年代,研制的 自动焊机 功能还比较简单,仅能实现焊丝的自动送进、焊枪的简单摆动、焊接小车的自动行驶,焊枪自动引弧,维持电弧电压(或焊接电流)的稳定等功能【21.进入70年代,随着微计算机技术应用,焊接自动控制技术进入了一个全新的发展阶段.典型的如法国的焊管机专业公司POLYSOUND生产的AUTOTIGl40型焊机【31,其焊接程序可以直接由面板上的键盘编写,记忆焊接程序可以达到24套.美国的Weldlagic,Inc公司生产的管道全位置焊接设备,采用全微机控制,可以存储多段、多参数的焊接程序,拥有友好的人机界面,用户可以方便的进行操作,此类设备功能强大,可以实现自动引弧,自动焊接,甚至能够自动检测设备的故障和分析焊 接质量141.日本小松研制的具有光电传感器的计算机数控自动焊机,采用微机对焊缝轨迹进行预调,由光电传感器检测、反馈误差以实现焊缝的自动跟踪,从而实现了焊接的自动化【51.随着微计算机和自动控制技术的进一步发展,研制一套完整的自动化焊接系统,使之能够http://www.51wendang.com/doc/ed1cb3aa3b2722cc9f5bdad8对整个焊接过程进行综合智能自动控制――焊接机器人成了焊接生产自动化研究的重要方向之一,自1962年美国推出世界第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来,1996年底全世界已有大约34万台工业焊接机器人投入生产应用161.焊接机器人的应用是焊接过程高度自动化的一个标志哩'

目前,我国的焊接自动化率低于30%,同发达工业国家近80%的自动化率相比,我国的焊接自动化整体水平还比较低,而且起步较晚,发展很不平衡................