基于机器视觉的工程装备焊接维修机器人的设计与开发开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

焊接是一种将材料永久连接成为具有给定功能的结构的制造技术。几乎所有的产品,从万吨的巨轮到微电子元件在生产中都不同程度地依赖焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域,直接影响到产品的质量、可靠性和寿命,以及生产成本、效率和市场反应速度。由于焊接结构具有重量轻、成本低、质量稳定、生产周期短、效率高、市场反应速度快等优点,焊接结构的应用将日益增多[1]。而焊接是一项工作环境恶劣、工作强度大、对工作熟练程度要求高且对操作人员会产生潜在危害的工作[2-3]。进入21世纪20年代,伴随国家经济的发展,人民生活水平不断提升,同时我国社会老龄化不断加剧,一线焊接工人数量呈现减少趋势[4]。而根据国家统计局公布的我国焊接材料的产量数据显示,从2006年到2014年我国焊材产量在逐年增加,这就意味着焊接工作量在逐年增加。焊接机器人的出现有效解决了这种供需矛盾,并且可以使更多人把工作时间投入到更具创造力的工作上[5]

焊接机器人是工业机器人的重要类型之一,据不完全统计,目前世界上正在使用的工业机器人中有将近一半以上应用于焊接领域,焊接机器人技术发展几乎和典型关节机器人技术发展同步[6]。与人工焊接相比,焊接机器人具有焊接效率高、焊接质量稳定和改善生产条件等优点,尤其在环境恶劣、工作强度大的焊接作业中,焊接机器人能充分体现出优势。经过半个多世纪的发展,焊接机器人已经广泛应用于航空航天、汽车制造、机械加工和电力电子等多个领域,其中以应用于汽车生产线上的车身点焊和弧焊最为典型,目前已经成为自动化生产制造领域不可替代的手段之一[7]。同时焊接机器人的使用可以提高焊接生产效率,改善工作人员的劳动条件,稳定和保证产品质量,易于实现产品的差异化生产,并能够推动相关产业自动化升级改造[8]。各种机器人技术的开发、研究及应用推动着我国工业的快速发展。尤其是焊接机器人在各类机器人中占据非常重要的地位,约占工业机器人的1/3,对我国经济发展转型发挥了至关重要的作用[9-10]

1959年美国人georgedevol与josephengelberger共同研制世界上第一台工业机器人unimate,工业机器人在焊接领域得到广泛应用。1969年,美国通用汽车公司在组装生产线上装配了首台点焊机器人,极大地提高了生产效率,使得90%的车身焊接任务实现了自动化,改变了传统生产中自动化程度低、焊接作业条件恶劣、危险性高、需依赖工装夹具的生产方式。1973年,德国kuka公司在unimate的基础上研发出全球首台全电机驱动的六轴机器人famulus[11]。1974年, bjouml;rnweichbrodt为瑞典通用电气开发了首台全电气微处理器控制的工业机器人。 同年,日本川崎公司在引进美国工业机器人技术7年后[12],在unimate的基础上开发出了全球首台弧焊机器人hi-t-hand,该机器人还具备接触传感和力觉传感功能。1979年,日本那智不二越株式会社研制出首台电动机驱动的点焊机器人。1998年,瑞典abb公司推出机器人路径离线编程与仿真软件robotstudio,此软件的推出极大地提高了机器人应用方案的设计及程序编写效率。2004年,日本的motoman公司推出了机器人控制系统nx,可实现4台机器人多达38轴的同步控制。2005年,丹麦的iwaltd研制出离线焊接机器人系统,该系统集成了离线编程技术、冗余机器人控制技术、路径自主规划技术以及传感器控制技术,从而实现复杂结构的焊接[13]。2006年,意大利柯马公司推出无线示教器witp。2007年,日本motoman公司推出了当时速度最快的弧焊机器人superspeedarcssa2000和superspeedflexiblessf2000。

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2. 研究的基本内容与方案

本毕业设计最主要的目的就是通过理论模型和实验研究的对比,设计出能完成焊接要求的焊接机器人。因此,本毕业设计将用四个部分来阐述如何完成焊接机器人的总体设计:

基本内容:

(1)设计出完整的适应大型工程装备维修作业需求的焊接维修机器人机械结构,绘制出系统装配图,选择2-3个关键部件进行有限元分析、校核。

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3. 研究计划与安排

第1~3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,确定方案,完成开题报告;完成英文文献翻译。

第4周:完成总体方案设计。

第5~9周: 完成具体设计。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]林尚扬.我国焊接生产现状与焊接技术的发展[j]. 2005,(z1).doi:10.3969/j.issn.1000-6982.2005.z1.004

[2] 许友坤.焊接过程中焊工的安全防护[j].电焊机,2006(5): 25-27.

[3] 中国焊接协会,中国机械工程学会焊接学会,环境健康与安全专业委员会.焊接职业安全与健康[m].北京:机械工业出版社,2016.

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