焊枪自转角和工件位置对焊接机器人能量消耗影响研究

作     者：张梦龙 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕小青;梁军

授予年度：2020年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：能量消耗 功率最小值区间占比 焊枪自转角 工件位置 焊接位置 

摘      要：目前,随着工业生产自动化程度提高,机器人在汽车、港口大型构件制造等领域应用广泛。节约能量一直是学术界和工业界关注的重点。因此,随着机器人大范围的应用,如何更好地节约能量必将是未来工业发展关注的核心。在焊接领域,焊接自动化离不开焊接机器人。工业应用中的大部分为弧焊机器人,在焊接过程中,如何在保证焊接质量的前提下减少焊接机器人的功率消耗具有重要的实际应用价值,其一可以节省能量,其二可以降低工业生产成本。不同的焊接方法其针对机器人节省能量具有不同的特点,对弧焊而言,焊丝轴向转动（即焊枪自转角）不会影响焊接过程。故本文研究焊枪自转角和工件位置对焊接过程中机器人功率消耗的影响,对实际焊接生产有着重要的指导意义。首先介绍了焊枪自转角的定义,针对1G、2G和3G位置的直焊缝焊接,使用三相功率分析仪测量了机器人在不同焊枪自转角作业过程中消耗的功率。通过分别对比全过程的平均功率和焊缝段平均功率,发现在这3种位置,改变焊缝起点和终点的自转角,机器人在全过程和焊缝段消耗的平均功率有显著变化,且全过程和焊缝段功率消耗的变化规律相似。存在能量最优的起点和终点焊枪自转角。试验结果与理论分析所得结果一致。接着介绍了工件位置的表示方法,在1G、2G和3G位置,通过正交试验分析了工件位置各变量对焊缝段功率消耗的显著性。在此基础上,通过正交试验得出在1G、2G和3G位置时,各工件位置的焊缝段平均功率最小值;给出了功率最小值区间占比的定义,在1G和2G位置,得出了各工件位置的焊缝段功率最小值区间占比。通过对比焊缝段平均功率最小值,发现改变工件位置,机器人在焊缝段平均功率最小值和功率最小值区间占比有显著变化,存在功率消耗最小和功率最小值区间占比最大的工件位置。最后通过曲线拟合,分别建立了工件位置和焊缝段平均功率消耗最小值、功率最小值区间占比的二阶回归模型。分别得出了平均功率消耗最小的工件位置和最小平均功率占比最大的工件位置。