焊接機器人結構設計分析的論文
0引言
管道對接是管道鋪設過(guò)程中一個(gè)重要的工序，它廣泛應用于的油氣、天然氣輸送管道等需要兩管對接的行業(yè)。鑒于現在大直徑管道焊接絕大多數還是采用傳統的手工焊接，工作效率低，工作進(jìn)度慢，對人身傷害大，進(jìn)而設計一種適合大直徑、全位置的焊接機器人對大直徑管道鋪設具有代表性的意義[1～3]。
1焊接機器人組成介紹
焊接機器人采用了移動(dòng)小車(chē)式，具有結構簡(jiǎn)單、便于攜帶、靈活性好等特點(diǎn)，其三維實(shí)體模型如圖1所示，具有3個(gè)運動(dòng)機構，分別是周向旋轉機構、軸向擺動(dòng)機構和徑向伸縮機構。周向旋轉機構主要由車(chē)體、鋼帶型軌道、主動(dòng)鏈輪、鏈條和張緊機構等組成。周向旋轉機構采用齒輪鏈條機構，電機驅動(dòng)主動(dòng)齒輪旋轉，齒輪帶動(dòng)鏈條，鏈條和鋼帶的摩擦力促使小車(chē)繞驅動(dòng)方向的反方向運動(dòng)。這里的鏈條的外鏈板具有齒鋸，從而增加了鏈條和鋼帶的摩擦度。軸向擺動(dòng)機構主要由滾珠絲杠、直線(xiàn)導軌、支架等組成。軸向擺動(dòng)機構采用的是滾珠絲杠—直線(xiàn)導軌機構傳動(dòng)機構，電機驅動(dòng)滾珠絲桿，絲桿帶動(dòng)絲母在直線(xiàn)導軌上沿軸向來(lái)回擺動(dòng)。徑向伸縮機構就是焊槍調整架的一部分，主要由齒輪、齒條、支架等組成。當電機驅動(dòng)齒輪，齒輪帶動(dòng)齒條徑向升降。
2焊接機器人的`結構設計
2.1周向旋轉機構
周向旋轉機構是實(shí)現大管徑、全位置焊接，以及便于裝卸的關(guān)鍵內容。焊接小車(chē)是焊接機器人的主要承載體，其結構如圖2所示。
2.2軸向擺動(dòng)機構
軸向擺動(dòng)機構是使焊槍實(shí)現在焊道軸向擺動(dòng)焊接的關(guān)節，其結構如圖3所示。
2.3徑向伸縮機構
徑向伸縮機構是使焊接機器人實(shí)現適應徑向高度（隨著(zhù)焊道填充疊加）的關(guān)節，其結構因焊槍而選取，這里就不過(guò)多介紹。
3運動(dòng)學(xué)干涉分析
大直徑管對接焊接機器人的運動(dòng)學(xué)干涉問(wèn)題就是：當小車(chē)環(huán)繞管道作旋轉運動(dòng)時(shí)，鏈條和小車(chē)車(chē)體可能存在干涉的問(wèn)題。我們先用CAD作出管道和小車(chē)的幾何關(guān)系圖，如圖4所示；再找出鏈條和鋼帶以及和主動(dòng)齒輪分度圓的接觸切點(diǎn)，也就是圖8里的C、D兩點(diǎn)；再測得小車(chē)車(chē)體和鏈條的垂直距離D。由圖7可以看出來(lái)：R值越大，D的值也就越大。當管道半徑取最小值（R=170mm）時(shí)，此時(shí)D>0。這就可以得出，無(wú)論R取任何值，D都大于0。從而可以得出，鏈條和小車(chē)不存在干涉。
4運動(dòng)學(xué)仿真
這里對管徑為400mm，管壁為10mm的圓形管道進(jìn)行運動(dòng)學(xué)仿真。設定小車(chē)的焊接速度為0.14rad/s，軸向擺動(dòng)速度為0，從管道頂端順時(shí)針繞一周。利用Pro/E軟件對其進(jìn)行運動(dòng)學(xué)仿真，得到執行機構的位置軌跡和速度曲線(xiàn)，如圖7、圖8所示。圖7可以看出來(lái)，焊接機器人執行機構（焊槍?zhuān)┑奈恢密壽E與焊縫的軌跡相同；圖8可以看出，焊接速度起初是一個(gè)啟動(dòng)過(guò)程，速度增大到0.14rad/s后，趨于穩定，當快到頂端時(shí)，開(kāi)始減速，最后停止。
5結論
對大直徑對接管焊接機器人進(jìn)行了本體結構設計、運動(dòng)學(xué)干涉分析、運動(dòng)學(xué)仿真和位置仿真。通過(guò)上述分析，有利于對大直徑對接管焊接機器人的本體結構及運動(dòng)學(xué)特性等深入了解，從而為大直徑對接管焊接機器人的生產(chǎn)與運動(dòng)控制提供了理論依據。
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