大直径对接管焊接机器人结构设计和分析.pdf

学兔兔 大直径对接管焊接机器人的结构设计与分析 The design and analysis of the structure of the large diameter pipe butt welding robot 李生保’，乌日图’，谢振平’，康俊峰’，杜宏旺 LI Sheng-bao。，WU Ri—tu’，XlE Zhen-ping ，KANG Jun—feng’，DU Hong—wang (1．内蒙古工业大学机械学院，呼和浩特010051；2．哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨150001) 摘 要：设计与研究了一种适用于大直径管道对接焊接的机器人。介绍了焊接机器人的组成及之间的 运动关系，对焊接机器人的本体结构进行了设计。应用几何方法对车体与链条干涉问题进行 分析，并得出两者之间的最近距离关系，进而为焊接机器人运动学仿真提供了理论依据。用 Pro／E软件的机构模块对焊接机器人进行运动学和位置仿真，得到焊接机器人执行机构的周向 速度曲线和位置轨迹。 关键词：焊接机器人；本体结构；运动学干涉；运动学仿真 中图分类号：TH11 文献标识码：A 文章编号：1 009—01 34(201 5)09(上)一01 24—03 Doi；1 0．396~l／J．issn．1 009-01 34．201 5．09(I-)．34 0 引言 轴向摆动机构主要由滚珠丝杠、直线导轨、支架等 组成。轴向摆动机构采用的是滚珠丝杠一直线导轨机构 管道对接是管道铺设过程中一个重要的工序，它广 传动机构，电机驱动滚珠丝杆，丝杆带动丝母在直线导 泛应用于的油气、天然气输送管道等需要两管对接的行 轨上沿轴向来回摆动。 业。鉴于现在大直径管道焊接绝大多数还是采用传统的 径向伸缩机构就是焊枪调整架的一部分，主要由齿 手工焊接，工作效率低，工作进度慢，对人身伤害大， 轮、齿条、支架等组成。当电机驱动齿轮，齿轮带动齿 进而设计一种适合大直径、全位置的焊接机器人对大直 条径向升降。 径管道铺设具有代表性的意义 q】。 2 焊接机器人的结构设计 1 焊接机器人组成介绍 焊接机器人采用了移动小车式，具有结构简单、 2．1周向旋转机构 便于携带、灵活性好等特点，其三维实体模型如图1所 周向旋转机构是实现大管径、全位置焊接，以及便 示，具有3个运动机构，分别是周向旋转机构、轴向摆 于装卸的关键内容。焊接小车是焊接机器人的主要承载 动机构和径向伸缩机构。 体，其结构如图2所示。 周向旋转机构主要由车体、钢带型轨道、主动链 轮、链条和张紧机构等组成。周向旋转机构采用齿轮链 条机构，电机驱动主动齿轮旋转，齿轮带动链条，链条 和钢带的摩擦力促使小车绕驱动方向的反方向运动。这 里的链条的外链板具有齿锯，从而增加了链条和钢带的 摩擦度。 道