一种管道焊接机器人研究
摘要：管道焊接机器人是一种自动焊接设备，相对于人工焊接方式，可以大大提高焊接效率和焊接质量。论文对管道焊接机器人进行了设计，其机械结构包括行走部分，焊枪摆动部分，焊枪上下调整部分等，并对其进行了数学建模。控制部分以DSP为主控单元，以嵌入式系统为辅助接口单元，以手持遥控器为焊接命令单元，从而实现管道的自动焊接。
关键词：管道；焊接；DSP ；机器人
1 前言
近年来，随着市政管道和石油天然气管道的建设越来越多，对焊接工艺和焊接效率的要求都有所增加，这就对焊接设备提出了更高的要求，不仅要焊接质量高，而且还要速度快。为此论文研制一种焊接机器人，取代人工或半自动焊接，从而可以实现焊缝的快速、高效、低缺陷的高质量焊接。论文对该焊接机器人进行讨论。
2 机械结构设计
2.1 结构分析
该机器人机械结构主要由焊枪姿态调整、焊枪位置调整、焊接小车行走驱动等几部分组成，由于焊接小车是结构对称的，可以装一把焊枪，也可以装两把焊枪，故以其中一侧为例，如图1所示。焊枪姿态调整部分主要完成干伸长调整，保证满足焊接工艺上对焊缝的要求，姿态调整机构由电机1带动滑板2来实现；焊枪位置调整部分是在焊接过程中完成焊枪的摆宽、摆频、两侧位置的停留时间等的功能动作，摆动部分由电机4带动滑板3来实现；行走驱动是实现焊枪沿管周运动的驱动力机构，在焊接时，焊接速度即为焊车的行走速度，因此要求焊车行走机构行动十分平稳，行走机构由电机5驱动。
图1 焊接小车机械结构
2.2 数学模型分析
焊接过程中，焊接小车装夹在专用轨道上，小车带着焊枪在轨道上行走，从而实现管道的全位置焊接。将焊接小车应用多体系统理论分析，其拓扑结构图如图2所示：
图2 焊接小车的拓扑结构图
故若已知圆弧焊接轨道建立坐标系点处在大地惯性坐标系中的坐标，则根据齐次坐标变换即可得到焊枪夹具处的最终坐标，进而也可得出焊丝与焊接管道接触处的坐标，这样就建立了焊接小车工作的运动学模型，通过相关控制系统即可
一种管道焊接机器人研究
摘要：管道焊接机器人是一种自动焊接设备，相对于人工焊接方式，可以大大提高焊接效率和焊接质量。论文对管道焊接机器人进行了设计，其机械结构包括行走部分，焊枪摆动部分，焊枪上下调整部分等，并对其进行了数学建模。控制部分以DSP为主控单元，以嵌入式系统为辅助接口单元，以手持遥控器为焊接命令单元，从而实现管道的自动焊接。
关键词：管道；焊接；DSP ；机器人
1 前言
近年来，随着市政管道和石油天然气管道的建设越来越多，对焊接工艺和焊接效率的要求都有所增加，这就对焊接设备提出了更高的要求，不仅要焊接质量高，而且还要速度快。为此论文研制一种焊接机器人，取代人工或半自动焊接，从而可以实现焊缝的快速、高效、低缺陷的高质量焊接。论文对该焊接机器人进行讨论。
2 机械结构设计
2.1 结构分析
该机器人机械结构主要由焊枪姿态调整、焊枪位置调整、焊接小车行走驱动等几部分组成，由于焊接小车是结构对称的，可以装一把焊枪，也可以装两把焊枪，故以其中一侧为例，如图1所示。焊枪姿态调整部分主要完成干伸长调整，保证满足焊接工艺上对焊缝的要求，姿态调整机构由电机1带动滑板2来实现；焊枪位置调整部分是在焊接过程中完成焊枪的摆宽、摆频、两侧位置的停留时间等的功能动作，摆动部分由电机4带动滑板3来实现；行走驱动是实现焊枪沿管周运动的驱动力机构，在焊接时，焊接速度即为焊车的行走速度，因此要求焊车行走机构行动十分平稳，行走机构由电机5驱动。
图1 焊接小车机械结构
2.2 数学模型分析
焊接过程中，焊接小车装夹在专用轨道上，小车带着焊枪在轨道上行走，从而实现管道的全位置焊接。将焊接小车应用多体系统理论分析，其拓扑结构图如图2所示：
图2 焊接小车的拓扑结构图
故若已知圆弧焊接轨道建立坐标系点处在大地惯性坐标系中的坐标，则根据齐次坐标变换即可得到焊枪夹具处的最终坐标，进而也可得出焊丝与焊接管道接触处的坐标，这样就建立了焊接小车工作的运动学模型，通过相关控制系统即可