發(fā)布時間：2020-11-18 10:11

　　 超大尺寸工件復雜加工是國家重型裝備制造領域的關鍵問題之一。由于超大尺寸工件普遍重量大不便移動,長期以來加工僅能通過人工方式,加工效率低下,質(zhì)量難以保證。向超大尺寸工件復雜加工中引入具有移動作業(yè)能力的機器人系統(tǒng)成為新的發(fā)展趨勢。核電封頭是超大尺寸工件的典型代表,在國家重點自然科學基金“核電封頭與管座復雜空間型面焊接機器人設計方法研究”課題支持下,上海交通大學研究了基于P-P并聯(lián)構(gòu)型的新型腿式移動作業(yè)機器人并應用于核電封頭管座焊接。本文研究該腿式移動作業(yè)機器人在核電封頭管座焊接環(huán)境中應用所需控制方法及實時控制系統(tǒng)并進行相關實驗,為機器人在實際環(huán)境中的自主移動作業(yè)提供方法及系統(tǒng)支持。首先本文針對核電封頭管座焊接環(huán)境中機器人定位需求,建立基于RGBD視覺傳感器管座檢測的機器人定位方法。該定位方法充分利用核電封頭中管座分布規(guī)律建立管座間位置拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),進一步在匹配視覺檢測中的管座位置拓撲關系基礎上建立機器人與核電封頭間的坐標關系。該方法通過直接目標識別獲取在核電封頭管座焊接環(huán)境中機器人相對于核電封頭參考位置,無需附加參考物體,具有較高的實用性。其次本文基于并聯(lián)構(gòu)型腿式移動機器人性能空間提出核電封頭管座覆蓋方法并分析機器人全局移動策略,在此基礎上建立機器人自主移動規(guī)劃并設計具有模塊化的機器人實時移動控制模型。該模型將機器人運動進行狀態(tài)劃分,并通過運動指令及安全操作兩種方式建立外部系統(tǒng)對模型的實時控制。之后本文在以上控制方法和模型基礎上設計并實現(xiàn)移動焊接任務的移動作業(yè)機器人實時控制系統(tǒng)。根據(jù)移動焊接任務提出機器人對于控制系統(tǒng)需求,建立混合行為控制系統(tǒng)框架及PC多核CPU控制系統(tǒng)平臺,并搭建控制系統(tǒng)軟硬件。控制系統(tǒng)具有高度實時性以及良好的開放性,通過建立基于狀態(tài)的順序控制以及基于安全操作的并發(fā)控制混合行為提升了機器人控制安全性及對于外界環(huán)境的適應和反應能力。最終本文在實驗環(huán)境中建立控制系統(tǒng)并對控制方法及控制系統(tǒng)性能進行檢驗,實驗初步驗證控制方法以及控制系統(tǒng)具有良好的可靠性與穩(wěn)定性,具備進一步在實際工程環(huán)境中進行移動焊接作業(yè)的控制系統(tǒng)條件。
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TL623;TP242
【部分圖文】：

1圖 1-1 中國大陸核電廠分布圖（截至 2018 年 3 月 9 日）[4]Fig. 1-1 China Nuclear Power Plant distribution map (as of March 9, 2018)

核電封頭管座焊接一般采用弧焊焊接方式[14]。典型弧焊接機器人系統(tǒng)如圖1-3 所示，整體系統(tǒng)從功能上可以劃分成機器人本體、機器人控制系統(tǒng)（控制器）以及焊接系統(tǒng)三大組成部分。圖 1-3 典型焊接機器人系統(tǒng)組成Fig. 1-3 The composition of typical welding robot system機器人本體是整體作業(yè)的執(zhí)行機構(gòu)，也是主要負載的承重機構(gòu)，決定著焊接作業(yè)范圍[15]。機器人控制系統(tǒng)主要負責機器人運動控制及與其余系統(tǒng)間的作業(yè)協(xié)調(diào)，包括中央控制器、電機驅(qū)動器、電機以及傳感器等部分。焊接系統(tǒng)包括焊接電源、焊槍、送絲機、保護氣等部分，是焊接過程的主要執(zhí)行系統(tǒng)，目前焊接電源從簡單的提供焊接能力到具備獨立通信能力的智能調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)字化方向發(fā)展。1.2.2 核電封頭管座焊接機器人研究現(xiàn)狀國外在核電封頭管座焊接相關配套自動化設備方面已經(jīng)進入實際應用，例如法國 AREVA 公司開發(fā)了 J 形坡口焊接無損檢測機器人[16]，日本 Toshiba 公司開發(fā)的遠程 J 型焊縫檢測設備[17]以及韓國 DOOSAN 公司開發(fā)了修補核電封頭管座焊接設備[18]。

1-4 POLYSOUDE 與 IGM 聯(lián)合研制 J 形坡口焊接機器J shaped groove welding robot created by POLYSOUDRM 管座的自動焊接設備研制仍然處于初步階的 J 型坡口自動焊接機（圖 1-5）填補了國內(nèi)空
【參考文獻】

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本文編號：2888603