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风电叶片飞边切割机器人系统设计及研究

风电叶片飞边切割机器人系统设计及研究

作者：陈健燕山大学

学位级别：硕士

随着风电新能源的迅速发展,风力发电机组的装机量都在逐年攀升,风电叶片作为风电机组不可或缺的重要部件,市场需求量十分巨大,风电叶片的生产制造涉及多个加工过程,并且每个加工过程的人工参与度较高。其中风电叶片飞边切割环节,人工切... 详细信息

随着风电新能源的迅速发展,风力发电机组的装机量都在逐年攀升,风电叶片作为风电机组不可或缺的重要部件,市场需求量十分巨大,风电叶片的生产制造涉及多个加工过程,并且每个加工过程的人工参与度较高。其中风电叶片飞边切割环节,人工切割速度较慢,产生的飞尘多,并且切割过程对工人的体力消耗较大,在此基础上,设计一款用于风电叶片飞边切割的专用设备。首先对设备的方案进行三维模型设计,包括动作实现方式、动力来源和传动方式的选择等方面,并针对设备的重要部分进行了有限元分析,在理论层面上验证设计的强度和刚度,保证设备安全使用。其次对机器人的底盘以上部分进行运动学分析,运用改进的D-H方法建立机器人的运动学模型,通过对运动学进行正逆计算,验证运动学模型的准确性,并通过MATLAB进行运动学的仿真,得到MATLAB切割机器人机械臂仿真模型,并对全过程运动进行了Adams仿真,在理论上证明直角坐标构型的可行性。然后对切割机器人的控制系统进行设计,针对切割机器人的切割过程,对现有的主控制器进行选择,并对整机的硬件线路和软件部分进行设计,软件部分主要面向人机交互界面进行,通过人机界面对设备进行操控,并对电机驱动器地址进行映射工作。最后是对样机所涉及的一些元器件进行选型,并对所设计的样机进行装配,对单轴进行独立和联合测试,最后通过实际的工况下的实验进行功能验证,验证设备的预期效果。

关键词：切割机器人结构设计直角坐标飞边切割

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废旧连铸坯自动切割机器人系统研究

废旧连铸坯自动切割机器人系统研究

作者：赵杰河北科技大学

学位级别：硕士

钢厂在生产连铸坯时会产生一定比例的残次品(称为废旧连铸坯),要使尺寸较大的废旧连铸坯回炉重造,将其切割成规定长度的小段是首要工序。传统的切割方法是工人手持割炬对废旧连铸坯进行切割,或是采用需人工参与的半自动切割设备进行切割... 详细信息

钢厂在生产连铸坯时会产生一定比例的残次品(称为废旧连铸坯),要使尺寸较大的废旧连铸坯回炉重造,将其切割成规定长度的小段是首要工序。传统的切割方法是工人手持割炬对废旧连铸坯进行切割,或是采用需人工参与的半自动切割设备进行切割,这两种方法不仅切割效率低、效果差,而且严重危害工人的身体健康。因此,研制一种废旧连铸坯自动切割机器人系统,利用切割机器人代替人工,提高废旧连铸坯切割的质量和效率具有现实意义。本文根据钢厂要求的废旧连铸坯切割指标,提出废旧连铸坯的切割方案,搭建切割机器人的机械系统与控制系统,面对大长度的废旧连铸坯提出可阵列式切割机器人系统及其切割方法。根据技术指标,制定面对大、小废坯切割后长度不超过0.8 m和1.5 m的切割方案,使用火焰切割技术进行切割,采用激光位移传感器进行废坯尺寸测量的方法;结合切割方案和分析不同架构的切割机器人,设计YZX直角坐标式机器人承载切割装置对废旧连铸坯进行切割,并对电机、直线模组和割炬等元件选型;采用PLC作为切割机器人控制系统的控制器,编写触摸屏人机交互界面,不仅有传统的按钮功能还可以对切割状态进行监控,面向阵列式切割方案设计上位机操作系统,可实现数据库的读写功能;在实验室条件下切割废旧连铸坯模型,验证设备的可靠性。切割机器人系统在连铸坯生产车间现场进行废旧连铸坯切割试验,验证机器人系统的功能和切割效果。本文研究的废旧连铸坯自动切割机器人系统,能够有效的解决人工切割效率低、效果差等问题,实现测量与切割的自动化;提出的阵列式切割机器人及切割方法可解决切割大长度废旧连铸坯问题;上位机操作系统能够与钢厂数据库通讯,实现对数据库的读写操作。在实验室和连铸坯生产现场,采用切割机器人系统对废旧连铸坯进行切割,验证了系统的可靠性和实用性。

关键词：废旧连铸坯切割机器人火焰切割上位机系统阵列式架构

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可阵列式废旧连铸坯火焰切割机器人系统设计

机床与液压 2022年第21期50卷 39-42页

作者：张付祥赵杰李俊慧黄风山河北科技大学机械工程学院河北石家庄050018 石家庄钢铁有限责任公司河北石家庄050031

针对钢厂炼钢过程中产生废坯需要人工切割的问题,研制一种可阵列式废旧连铸坯火焰切割机器人系统。火焰切割机器人主要包括直角坐标式切割机器人、火焰切割装置、连铸坯支架和PLC控制系统。通过上位机可以实现与多个PLC控制系统之间的... 详细信息

针对钢厂炼钢过程中产生废坯需要人工切割的问题,研制一种可阵列式废旧连铸坯火焰切割机器人系统。火焰切割机器人主要包括直角坐标式切割机器人、火焰切割装置、连铸坯支架和PLC控制系统。通过上位机可以实现与多个PLC控制系统之间的通信从而建立多个火焰切割机器人阵列式使用的火焰切割机器人系统,用激光测距传感器测量出待切割连铸坯尺寸后,自动规划切割路径并完成切割。利用此火焰切割机器人可以代替人工,提高废坯切割的质量和效率。

关键词：切割机器人 PLC 火焰切割自动控制

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H型钢切割机器人离线编程系统设计与实现

H型钢切割机器人离线编程系统设计与实现

作者：张润华中国地质大学

学位级别：硕士

在进行型钢空间切割时,应用离线编程系统对加工轨迹进行处理,可以解决型钢三维特性存在较多约束条件的问题。针对国内型钢切割工业现场的实际需求,遵循用户界面设计简洁、软件使用简单易学等开发目标,设计并实现了一种基于H型钢二维展... 详细信息

在进行型钢空间切割时,应用离线编程系统对加工轨迹进行处理,可以解决型钢三维特性存在较多约束条件的问题。针对国内型钢切割工业现场的实际需求,遵循用户界面设计简洁、软件使用简单易学等开发目标,设计并实现了一种基于H型钢二维展开图方式的新型切割轨迹离线编程系统,内部融合了多种功能算法,能够支持型钢切割的各种加工工艺。这种切割离线编程系统的应用解决了目前型钢切割作业中效率较低、自动化水平低、切割质量较差等问题。论文以武汉蓝讯科技有限公司开发的H型钢切割机器人为基础,根据实际切割加工中的工艺要求,深入探究切割机器人离线编程系统的关键技术,提出有效的解决方案,取得了如下成果:1)针对切割机器人进行数学建模,研究机器人运动学算法以及空间直线、圆弧的轨迹规划算法,分析加工工艺要求,并提出了一种定点转算法对割枪的姿态转换进行优化,生成符合实际切割需求的G/M代码文件,实现了切割效率和代码编程效率的双重提高。2)针对一线工人使用三维软件进行H型钢切割轨迹绘制较为困难的问题,提出了一种基于二维展开图的轨迹绘制新方案。对H型钢切割的工艺特点进行了充分研究,完成了H型钢二维展开方向、展开图中心线以及相关切割轨迹绘制图层的设计,并建立了二维坐标与三维坐标之间的转换模型。同时,在系统内部封装相关算法,对切割图形进行规范化处理,满足了H型钢三维切割的工艺要求。3)对H型钢实际切割中常用的切割图形进行分析,基于参数化设计的思想,开发了基本图形和型钢端头截断图形的典型图库切割子系统,通过设置相关参数信息生成切割图形的加工代码,完善了离线编程系统的功能。4)为验证离线编程系统生成加工代码的准确性,进行三维可视化模块关键技术的开发,实现了割枪、H型钢、切割轨迹的模型加载,并对H型钢的实际切割过程进行了动画仿真。在武汉蓝讯公司搭建了测试平台,对离线编程系统各功能进行了充分测试,验证了系统的可靠性,同时为后续方管、槽钢、工字钢等多种型材的离线编程系统研发提供了新思路。

关键词：离线编程 H型钢切割机器人加工工艺

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椭球压力容器开孔切割机器人运动控制算法

焊接学报 2011年第8期32卷 61-64,116页

作者：刘涛王宗义杜宏旺解巨军哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001 大庆油田工程建设有限公司大庆163712

针对椭球压力容器开孔和坡口切割问题,研制了一种专用的四自由度开孔切割机器人.介绍了切割机器人的机械结构及工作原理;利用空间解析几何原理建立了极坐标系下椭球壳体上开孔的相贯线数学模型;推导了坡口角度计算公式和变角度切割时四... 详细信息

针对椭球压力容器开孔和坡口切割问题,研制了一种专用的四自由度开孔切割机器人.介绍了切割机器人的机械结构及工作原理;利用空间解析几何原理建立了极坐标系下椭球壳体上开孔的相贯线数学模型;推导了坡口角度计算公式和变角度切割时四轴联动的控制算法;通过直线插补算法获得了机器人的理想运动轨迹;为克服切割机器人安装定位及壳体变形等误差因素,在理论计算的基础上,通过示教补偿对机器人的理论轨迹进行修正.结果表明,切割机器人实现了椭球开孔及坡口切割,切割质量满足工艺要求.

关键词：切割机器人坡口切割相贯线计算插补

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隧道维护切割机器人液压系统技术研究

自动化应用 2023年第15期64卷 25-27,33页

作者：申浩铭石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043

为了解决隧道在运营中产生的病害和缺陷,本文研制了一种液压伺服控制的隧道维护切割机器人,可以维护隧道,提高隧道运营的安全性。通过使用AMESim和Simulink软件,本文建立了液压系统模型,并利用PID控制和模糊PID控制模型进行了联合仿真,... 详细信息

为了解决隧道在运营中产生的病害和缺陷,本文研制了一种液压伺服控制的隧道维护切割机器人,可以维护隧道,提高隧道运营的安全性。通过使用AMESim和Simulink软件,本文建立了液压系统模型,并利用PID控制和模糊PID控制模型进行了联合仿真,以研究对液压缸的控制性能。经仿真发现,与基于PID控制的隧道维护切割机器人的液压系统相比,基于模糊PID控制的系统更能满足设计要求,尤其在遭遇随机的外部干扰时,模糊PID算法在参数调整方面表现更优,在系统稳定性、精度和时间方面均优于PID算法。

关键词：切割机器人液压系统 PID 模糊PID AMESim-Simulink联合仿真

多传感器在线检测在高精度划线切割机器人系统中的应用

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机器人 2001年第S1期23卷 584-588页

作者：王志武丁国清颜国正林良明上海交通大学精密仪器及微智能研究所上海200030

高精度型材划线切割机器人系统是应造船领域的型材的划线和切割而开发研制的 ,多传感器数据融合是该系统的关键技术之一 .因为造船中所使用的型材几乎完全都是变形的 ,为了提高划线和切割精度 ,在该系统中 ,建立了多传感器在线检测系统 ... 详细信息

高精度型材划线切割机器人系统是应造船领域的型材的划线和切割而开发研制的 ,多传感器数据融合是该系统的关键技术之一 .因为造船中所使用的型材几乎完全都是变形的 ,为了提高划线和切割精度 ,在该系统中 ,建立了多传感器在线检测系统 ,引入了并行扩展式卡尔曼滤波的多传感器数据融合方法实现非线性的多传感器数据融合 .实验结果显示 ,多传感器数据融合可以有效的实现变形型材的在线检测 ,提高系统的测试精度和可靠性。

关键词：切割机器人多传感器在线检测扩展式卡尔曼滤波

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基于GALIL控制卡的切割机器人软件实现

微计算机信息 2006年第1Z期22卷 209-211页

作者：陈志国须文波江南大学信息工程学院

介绍了基于GALIL控制卡的四自由度切割机器人在VC++6.0环境下的软件实现过程。机器人切割系统采用多线程处理方式,通过自定义消息处理和控制界面交互以提高实时性,可以处理直线、圆弧、椭圆弧、多义线、样条曲线以及上述组合曲线的切割... 详细信息

介绍了基于GALIL控制卡的四自由度切割机器人在VC++6.0环境下的软件实现过程。机器人切割系统采用多线程处理方式,通过自定义消息处理和控制界面交互以提高实时性,可以处理直线、圆弧、椭圆弧、多义线、样条曲线以及上述组合曲线的切割。由于机器人的第三轴可与选定的两轴的轨迹保持正切,特别适合玻璃切割等加工领域。

关键词：切割机器人 GALIL 多线程自由度

燃气管道CIPP切割机器人测控系统设计与研究

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燃气管道CIPP切割机器人测控系统设计与研究

作者：钟君北京石油化工学院

学位级别：硕士

燃气管道自铺设以后,由于各种因素(如老化,腐蚀等)导致燃气泄漏,引发巨大安全事故。为此,对服役中的燃气管道进行检修显得尤为重要。在众多燃气管道修复技术中,翻转内衬法(CIPP)修复技术相对其它管道修复技术具有更好的流动性、更小的... 详细信息

燃气管道自铺设以后,由于各种因素(如老化,腐蚀等)导致燃气泄漏,引发巨大安全事故。为此,对服役中的燃气管道进行检修显得尤为重要。在众多燃气管道修复技术中,翻转内衬法(CIPP)修复技术相对其它管道修复技术具有更好的流动性、更小的破坏性和更短的施工时间等优点。本文针对CIPP修复技术中一项核心设备——管内切割机器人测控系统开展深入研究,开发出以工控机为上位机、STM32F103ZET为下位机、基于RS485通信的CIPP管内切割机器人测控系统。本文主要内容如下:(1)CIPP管内切割机器人测控系统总体方案设计。根据切割机器人的实际工作情况及测控系统的功能需求,在分析现有的测控系统基础之上,制定管内切割机器人测控系统总体方案,该方案采用模块化设计,模块之间通信采用RS485集线器统一管理,可极大提高测控系统稳定性。上位机采用工控机,下位机采用STM32,均支持C/C++编程,功能可扩展性强。(2)CIPP管内切割机器人测控系统硬件设计。硬件设计部分综合考虑抗干扰、通信稳定、布线便捷等方面因素,完成切割机器人控制柜电路、基于STM32F103ZET核心控制板外围电路及RS485通信具体方案设计。通信采用双路RS485,将控制信号与数据采集信号分离,可大幅提高测控系统通信效率。采用独立供电方式且电源之间采用电源滤波器进行隔离,可极大提高管内切割机器人测控系统鲁棒性。(3)CIPP管内切割机器人测控系统软件设计。测控系统软件包含上位机软件和下位机软件。上位机综合考虑系统稳定性、操作便捷、快速响应等方面因素,基于Ubuntu17.04系统,Qt5.10工具包,实现整个切割机器人的控制流程。下位机综合考虑实时性、资源有效利用、抗干扰等方面因素,基于μC/OS III实时操作系统,实现周边传感器的信号采集与控制,并引入Taylor级数和最小二乘法对STM32控制步进电机加减速进行优化,可以将运算效率提高4.8倍。(4)CIPP管内切割机器人调试与实验研究。完成整个系统的安装,在管道中进行联机调试,引入Modbus通信错误响应机制,可将单位时间通信准确率提升至100%。同时引入Hough变换技术,辅助管内切割机器人对管口进行智能定位,可减少人工定位管口时间,提高管内切割机器人工作效率。对管内切割机器人进行定位、切割实验,通过数据采集,结果表明本系统满足设计要求。

关键词：燃气管道 CIPP 切割机器人测控系统