机器人化电机壳体焊接单元的研究与应用

论文摘要

焊接是工业机器人应用最重要的领域之一,随着国外及国内对工业机器人在焊接方面的研究应用,我国也开始了焊接机器人的研究应用。经过多年的发展与变革后,我国的焊接机器人已应用于各生产领域。机器人化机器是指在传统机械中引入机器人技术,使其具有机器人的功能。当然,也可把机器人化机器称之为智能机器或智能机械。机器人技术,即机、电、液、讯一体化技术是提升我国整体机械技术水平和产品档次的重要手段。本课题利用机器人化机器的概念与思想,与某电机生产企业合作,设计制造了机器人化电机壳体焊接单元。根据实际生产的特点本文提出了解决问题的两种方案:普通夹具与六自由度关节式机器人解决方案、专用夹具与直角坐标式机器人解决方案。根据现场生产环境与焊接工艺特点的要求,综合比较两种方案的利弊,选用专用夹具配合两自由度直角坐标机器人的机器人化解决方案。机器人化方案是在传统电机壳体焊接设备的基础上,融入机器人技术和自动化控制模块,并为电机壳体设计专用夹具,使其能适应多种规格电机壳体的焊接,实现电机壳体焊接生产的柔性与灵活性。按照焊接工艺的特点与现场生产情况,论文对焊接设备的控制系统进行了设计,根据驱动系统的要求,对电机的选型进行了计算与分析,并对其控制器作了论述。论文的核心在于机械系统与控制系统的集成设计,利用PLC与机器人控制器的协调控制,实现焊接设备的自动化,并使其具有机器人的功能,这是本文的一个重点所在。另外,焊接作业中,干扰的因素多种多样,其中最突出的就是电磁干扰,本课题在实际调试中遇到了很多问题,论文从电源干扰的抑制,屏蔽接地,继电器干扰等方面对控制系统从软、硬件系统进行了分析和调试,并对电源滤波进行了仿真,提出了抑制干扰的措施。最后论文介绍了机器人化电机壳体焊接单元在生产现场实际运行的情况,并针对实际应用效果进行分析,提出了以后改进的思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外发展的历史及现状
• 1.2.1 机器人化机器国外应用现状
• 1.2.2 机器人化机器国内应用现状
• 1.2.3 机器人化机器的应用前景
• 1.3 开发机器人化机器的意义
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 1.4.1 论文完成的主要研究工作
• 1.4.2 论文的组织结构
• 本章小结
• 第二章 机器人化电机壳体焊接单元简介
• 2.1 电机壳体焊接对焊接机器的要求
• 2.2 方案分析及选择
• 2.3 机器人化电机壳体焊接单元的总体方案
• 2.3.1 机器人化电机壳体焊接单元功能
• 2.3.2 机械系统
• 2.3.3 焊接电源
• 2.3.4 焊接单元控制系统
• 本章小结
• 第三章 步进电机选择及驱动系统方案设计
• 3.1 控制电机的选型
• 3.1.1 步进电机选型步骤
• 3.1.2 选型计算
• 3.1.3 选型分析
• 3.2 驱动系统方案设计
• 3.2.1 驱动系统的作用
• 3.2.2 机器人化焊接单元对驱动系统的要求
• 3.2.3 步进电机的控制方案
• 3.2.4 步进电机的驱动方法
• 3.2.5 步进电机驱动器的选择
• 本章小结
• 第四章 控制系统方案设计
• 4.1 PLC 控制设计
• 4.2 TIG 焊高频接触引弧系统的PLC 控制
• 4.2.1 高频引弧TIG 焊机工作原理
• 4.2.2 影响高频引弧成功率的因素
• 4.2.3 高频接触引弧法的工作原理
• 4.3 焊接机器人的运动控制分析
• 4.3.1 位形空间与自由度
• 4.3.2 点位（PTP）与连续（CP）控制
• 4.3.3 焊接机器人路径规划
• 4.4 单轴机器人的运动控制实现
• 4.5 输入/输出分析
• 4.6 线路连接
• 4.7 运动控制编程
• 4.7.1 SG9200-2 控制器构成
• 4.7.2 组态运动轴
• 4.7.3 PLC 步进电机控制器、驱动器的连接
• 4.8 电机壳体焊接单元操作步骤
• 本章小结
• 第五章 干扰及其抑制
• 5.1 概述
• 5.2 干扰产生的机理
• 5.3 弧焊机器人干扰源分析
• 5.3.1 交流逆变电源的电磁辐射
• 5.4 焊机电源的干扰抑制方法
• 5.4.1 焊机控制电源变压器的屏蔽问题
• 5.4.2 抑制逆变电源干扰的电源滤波措施
• 5.5 PLC 控制系统的干扰与预防
• 5.5.1 PLC 控制系统中干扰的主要来源
• 5.5.2 PLC 控制系统应用中的抗干扰措施
• 5.6 其它干扰及抑制
• 5.6.1 电磁继电器干扰及抑制
• 5.6.2 接触器干扰及抑制
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢