機械手-集裝箱波紋板焊接機器人機構(gòu)運動學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)設(shè)計
機械手-集裝箱波紋板焊接機器人機構(gòu)運動學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)設(shè)計,機械手,集裝箱,波紋,焊接,機器人,機構(gòu),運動學(xué),分析,車體,結(jié)構(gòu)設(shè)計
爬壁機器人的發(fā)展
摘要——很長時間以來，人們希望能夠利用爬壁機器人來營救墻壁檢測和滅火，在我們的實驗室里已經(jīng)研制了四種非常不同的機器人，第一種機器人有一個大的吸附器其利用了與氣墊船相反的原理；第二種有兩足行走，并且每足上有一小吸附器；第三種通過驅(qū)動器的擠力在不規(guī)則的垂直墻壁上移動，這是一種墻體驅(qū)動機器人；第四種可在必要的時候短距離躍入空中，這里將討論這些機器人的機構(gòu)和控制系統(tǒng)。
1、 介紹
很長時間來，人們期望機器人能夠在垂直的墻壁上移動，它可用在高樓大廈里來營救墻壁檢測和滅火，在過去的二十年里，我們實驗室研制了四種完全不一樣的爬壁機器。第一類有大的吸附器和爬行器作為移動機構(gòu)，這種被稱為大吸附器機器人。最近，在日本，已發(fā)展出很多種類的這一類型機器人用于檢測墻壁。這里將討論與在吸氣和風(fēng)扇轉(zhuǎn)動間相適用的機構(gòu)和空氣動力學(xué)。
第二種類型是雙足行走機器人，每足上有一小吸附器而被稱為雙足機器人，這里也將討論其機構(gòu)和控制系統(tǒng)，并給出一模擬研究，由于這里模型適用于幾乎所有的不規(guī)則墻面，它比第一種應(yīng)用范圍更廣。
通常而言，行走運動不是很快，因此行走機器人爬行到墻的高處將耗費很多時間，然而，又需要這樣一種機器人，它能在短時間爬到建筑物的高處，為了緊急的目的，例如攜帶救援工具或者給建筑里滅火。第三種機器人旨在達到這些目的，它有驅(qū)動器，這些驅(qū)動器的垂直墻面的擠力減小微弱，這樣能夠利用輪與墻間的摩檫力并支撐機器人自身。這是一種墻體驅(qū)動機器人。有時候意外的強風(fēng)會發(fā)生在高層建筑物的墻體上，在這種情況下，用來彌補風(fēng)的力量的控制系統(tǒng)，對于避免讓機器人從墻上掉下很重要，這種情況已經(jīng)在[6，7]里簡單的討論過。
通常在建筑物的低處有很多障礙，比如樹，屋檐，入口等等。在這些情況下，如果機器人能夠飛躍這些障礙并到達上面的墻面將很管用，另外如果機器人意外地從高處的墻面上掉落，制作一軟著陸來避免危害自身或周圍環(huán)境很有必要。這些目標可通過用能使其飛的機構(gòu)和控制系統(tǒng)來完成。由于墻壁驅(qū)動機器人有足夠的擠力來支撐其自身，它可改造成一種能夠飛或著陸的新的機器人。這是第四種模型，其機構(gòu)和控制系統(tǒng)將被討論，并提出其操縱能力的模擬研究。
2、 大吸附器機器人
2．1 大吸附器模型的機構(gòu)
很久以來，人們期望研制出能夠在高層建筑的垂直或懸空的墻面，或者巨輪的側(cè)面等上面移動的移動機器人。然后，這種機器人能用來代替人搬運營救工具或做其它工作。為了實現(xiàn)這種機器人，需要用來支撐機器人或使其在墻上向上移動的摩擦力。磁力或真空壓力可產(chǎn)生指向墻面的固定力，輪子或履帶都可用作在平且寬的垂直墻面上的移動機構(gòu)。1966年研制出了一臺大吸附器機器人（如圖1所示），當用機器人在墻上移動時從吸附器的外圍空隙中吸取了少量的空氣。利在吸附器的外圍安裝一刷子和（或）彈性圍罩來減弱空氣流和保證吸附器內(nèi)部足夠的負壓，它能在不規(guī)則的小墻面上移動。這個模型的機構(gòu)和尺寸如圖2所示：離心風(fēng)扇由小引擎驅(qū)動，履帶由直流電動機驅(qū)動。
圖1 大吸附器機器人
2．2安全條件
在墻上的固定力是負壓和吸附器面積乘積；
F=PA (1)
引擎 皮帶輪 驅(qū)動電機 刷子和圍罩
直流電機 履帶輪 風(fēng)扇 燃料箱
圖 2 大吸附器模型的結(jié)構(gòu)示意圖
圖 3 大吸附器機器人的滑動及脫落的安全區(qū)域
下面是避免滑動和掉下的條件：
μF/W>1 (2)
F/W>h/R (3)
這里W是機器人的凈重，μ是摩擦系數(shù)，h為墻面到重心的距離，R為吸附器中心到最低支撐點的距離。
如果機器人在條件
h/R<1/μ (4)
下設(shè)計，掉下可以避免。這些關(guān)系如圖3所示，每個曲線的上半?yún)^(qū)域為安全區(qū)域。
2．3 固定力與風(fēng)扇性能的匹配
由于用來支撐機器人在垂直墻壁上的固定力與風(fēng)扇性能直接相關(guān)，因此，它們之間的匹配非常重要，風(fēng)扇性能（粗實線）和在有效誤差δe下的匹配線（點杠線）如圖4所示：橫坐標代表空氣流質(zhì)量Q，縱坐標是負壓P和固定力F，并且每條曲線的參數(shù)是臨界速度n,常量引擎節(jié)流的工作曲線由通過點Z,Y,X的曲線表示，在粗糙水泥墻面上得到所需最小負壓測量為P=35mm水柱。
由于模型的凈重W=44kgf，摩擦系數(shù)μ=1.05確定，點W，V,U是各誤差δe的所需最小必須壓力。例如，如果風(fēng)扇在點X以大誤差δe=5.3mm工作，最小壓力大約為15mm水柱，來自點X與U之間的中點，因此，這種模型在更小摩擦系數(shù)的墻面上移動是危險的。
圖 3 大吸附器機器人的風(fēng)扇性能圖
誤差的突變?nèi)Q于由墻面的不規(guī)則所導(dǎo)致對應(yīng)的空氣質(zhì)量流和之后負壓的變化。風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)速度一直變化至引擎和風(fēng)扇間的達到力矩平衡。這種關(guān)系如下：
IΩ=ηmTE-TF
這里I是引擎和風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)部分的慣性矩，Ω為風(fēng)扇的角速度，ηm為引擎和風(fēng)扇之間的機械效率，TE為驅(qū)動力矩，TF為風(fēng)扇所需的 矩。如果誤差從δe=5.3突變至1.8mm，風(fēng)扇工作曲線通過X-Z′-Z。另一方面，如果誤差增加，通過Z-Y′-X′-X。因此，間隙的突然增加過程中，負壓比終點X處要大，故在變化過程中可獲得足夠的力。
2．4 總體安全條件
總體安全條件歸納如下：
（a）脫落是致命的，因此應(yīng)避免使用公式（4）的條件。
（b）在吸附器的外部減少空氣泄漏 有用的。
（c） 由于間隙的突然增加，負壓變化有一定的時間滯后，因此引擎應(yīng)該短時間打開以使補償吸附器里的足夠壓力。
3、兩足行走機器人
3、1 行走機構(gòu)
圖 5 雙足行走機器人的結(jié)構(gòu)
現(xiàn)在地面上行走機器人有很多種類型的行走機構(gòu)，例如兩足定位，四足的，六足的等等。類似的，現(xiàn)在爬墻機器人也有很多種機構(gòu)。
垂直軌道 斜軌道
圖 6 行走運動
密級：
NANCHANG UNIVERSITY
學(xué) 士 學(xué) 位 論 文
THESIS OF BACHELOR
（2002 —2006 年）
題 目 集裝箱波紋板焊接機器人機構(gòu)運動學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)設(shè)計
學(xué) 院： 機電學(xué)院 系 機制
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級： 機制023班
學(xué) 號： 02122078
學(xué)生姓名： 陳愈馨
指導(dǎo)教師： 張華 教授
起訖日期： 2006.2.13~2006.6.2
學(xué)士學(xué)位論文要求裝訂成冊并應(yīng)包含以下主要內(nèi)容
一、 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
二、開題報告
三、南昌大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性申明
四、畢業(yè)設(shè)計（論文）
1、中文摘要
2、外文摘要
3、畢業(yè)設(shè)計（論文）全文
五、外文資料原文
六、外文資料譯文
第一章 緒論
1.1 選題的依據(jù)及意義
這里介紹該課題的選題背景，以及完成該課題的意義。
1.1.1 選題的依據(jù)
圖1-1 集裝箱波紋板示意圖
針對集裝箱波紋板焊接自動化水平低的現(xiàn)狀：目前用于焊接集裝箱側(cè)板與頂側(cè)梁、底側(cè)梁的自動焊專機，由于在焊接過程中，焊槍不能隨波形的變化調(diào)整與焊槍速度的夾角（焊接工藝參數(shù)也未有變化），如圖1-1所示，在直線段與在波內(nèi)斜邊段，焊接速度方向恒為水平向右，而焊槍與焊縫保持垂直，故焊槍與焊接速度的夾角不能保持恒定，直接導(dǎo)致在直線段的焊縫成形與在波內(nèi)斜邊段的焊縫成形不能保持一致，進而導(dǎo)致在直線段焊接與在波內(nèi)斜邊段焊接的焊縫的質(zhì)量不一樣，進而制約集裝箱的生產(chǎn)質(zhì)量。
1.1.2 選題的意義
通過完成該課題，即設(shè)計出集裝箱波紋板三自由度焊接機器人及對其進行運動學(xué)分析，能夠解決在焊接過程中焊槍不能隨波形的變化調(diào)整與焊槍速度的夾角這個問題，使得在直線段與在波內(nèi)斜邊段焊接時，焊槍與焊縫都保持垂直，相對于焊縫的焊接速度都恒為同一速度，進而能夠提高在直線段與在波內(nèi)斜邊段的焊縫成形的一致性，提高集裝箱的生產(chǎn)質(zhì)量。
1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
這里的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢包括三個方面：前面也提到這里的集裝箱波紋板三自由度焊接機器人（為移動焊接機器人）是為提高焊接自動化水平的，故這里為移動焊接機器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；關(guān)于運動學(xué)分析的常用方法。
1.2.1 移動焊接機器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
這里所設(shè)計的移動機器人為有軌移動焊接機器人，只是現(xiàn)有的移動焊接機器人技術(shù)在集裝箱波紋板焊接中的應(yīng)用，是該領(lǐng)域的焊接自動化水平低的緣故，而當前的移動焊接機器人技術(shù)有相當?shù)陌l(fā)展。
隨著工業(yè)水平的發(fā)展,重要的大型焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用越來越多,其中大量的焊接工作必須在現(xiàn)場作業(yè),如大型艦船艙體、甲板的焊接、大型球罐(儲罐)的焊接等。而這些焊接場合下，焊接機器人要適應(yīng)焊縫的變化，才能做到提高焊接自動化的水平。無疑,將機器人技術(shù)和焊縫跟蹤技術(shù)結(jié)合將有效地解決大型結(jié)構(gòu)件野外作業(yè)的自動化焊接難題。
當前國內(nèi)外在移動焊接機器人方向研制的幾個典型移動焊接機器人如下：
1、 韓國Pukyong國立大學(xué)的Kam B O 等研制的艙體格子形構(gòu)件焊接移動機器人
這種機器人能夠在人比較難以達到的狹窄空間自主地實現(xiàn)焊接過程,能夠自動尋找焊縫的起始點。在遇到格子框架的拐角焊縫時,在保證焊接速度不變且焊炬準確對準焊縫的情況下,能夠自動調(diào)整機器人本體和十字滑塊的位置。
2、 南昌大學(xué)研制的履帶式爬壁弧焊機器人
該機器人適應(yīng)于垂直壁面、球面、管道等多種表面上爬行,自動跟蹤焊接。
3、 日本慶應(yīng)大學(xué)學(xué)者 Suga 等為平面薄板焊接研制的自主性移動焊接機器人
該機器人能夠直線前進,還可以利用兩個輪的差速控制小車的轉(zhuǎn)彎,它裝焊槍的臂可以伸縮，可以檢測焊縫的位置并精確的識別焊縫的形狀,如是直線焊縫、曲線焊縫、還是折線焊縫等。
4、 日本慶應(yīng)大學(xué)學(xué)者 Suga 等研制了管道焊接自主移動機器人
該機器人可以沿著管道移動 ,根據(jù) CCD 攝取的圖象信息,在焊前可以自動尋找并識別焊縫,然后使機器人本體沿管道方向移動達到正確的焊接位置。
5、 清華大學(xué)機械工程系與北京石油化工學(xué)院裝備技術(shù)研究所聯(lián)合研制的球罐磁吸附輪式移動焊接機器人
該機器人的焊炬跟蹤精度可達±0.5mm,能夠滿足實際工程應(yīng)用。
6、 上海交通大學(xué)研制的具有自尋跡功能的焊接移動機器人
該機器人在焊前,小車能夠自動尋找焊縫并經(jīng)過軌跡推算后自動調(diào)整小車本體和焊炬的位姿到待焊狀態(tài);在焊接過程中能夠進行橫向大范圍的實時焊縫跟蹤。
當前絕大多數(shù)移動焊接機器人還能焊縫跟蹤,焊前必須通過人為的方式,把機器人放到坡口附近合適的位置,并且通過手動將機器人本體、十字滑塊等調(diào)整到合適的待焊狀態(tài) ,也就是說機器人的自主性還很低,基本上還不具有自主的運動規(guī)劃能力。
未來的發(fā)展趨勢為三個方面：選擇視覺傳感器來進行傳感跟蹤，因為與圖象處理方面相關(guān)的技術(shù)得到發(fā)展；采用多傳感信息融合技術(shù)以面對更為復(fù)雜的焊接任務(wù)；由于控制技術(shù)由經(jīng)典控制到向智能控制技術(shù)的發(fā)展，這也將是移動焊接機器人的控制所采用。
1.2.2 焊接機器人機構(gòu)設(shè)計的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
在當前，機器人的機構(gòu)設(shè)計絕大部分還是采用依據(jù)具體的情況來設(shè)計專用焊接機器人，稱之為固定結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)機器人，其運動特性使特定機器人僅能適應(yīng)一定的范圍,不利于機器人的發(fā)展。解決這一問題的方法就是利用關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊,根據(jù)具體的要求開發(fā)可重構(gòu)機器人系統(tǒng)。下面為當前一些人所做的研究：
1、Benhabib等人建立的機器人庫,將模塊分成模塊單元連接器、連桿模塊、主關(guān)節(jié)模塊和末端關(guān)節(jié)模塊四類；
2、1999年DanielaRus等提出了一種由晶體結(jié)構(gòu)“分子”組成的可自重構(gòu)機器人系統(tǒng);
3、上海交通大學(xué)的費燕瓊和沈陽航空工業(yè)學(xué)院的張艷麗等對模塊化機器人的構(gòu)形設(shè)計進行了研究。
1.2.3 運動學(xué)分析的常用方法
機器人逆運動學(xué)問題在機器人運動學(xué)、動力學(xué)及控制中占有非常重要的地位，直接影響著控制的快速性與準確性。逆運動學(xué)問題就是根據(jù)已知的末端執(zhí)行器的位姿(位置和姿態(tài))，求解相應(yīng)的關(guān)節(jié)變量。
目前機器人運動學(xué)逆解方法有三種：
1、 以手臂的精確的幾何模型為前提研究求解運動學(xué)方程的方法（幾何法）。
該法只能用于特定結(jié)構(gòu)的機器人。
2、通常在假設(shè)機器人的雅可比矩陣已知的前提下，利用其逆矩陣來求解逆運動學(xué)（齊次變換法）。
3、智能求解方法
該方法典型的有：基于學(xué)習(xí)的算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法；基于擴散方程的學(xué)習(xí)算法。
1.3 本課題的研究設(shè)計內(nèi)容及方法
本科題所涉及的內(nèi)容主要是兩塊，分別為關(guān)于集裝箱波紋板三自由度焊接機器人機構(gòu)的運動學(xué)分析，該機器人車體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。
1.3.1 三自由度焊接機器人機構(gòu)運動學(xué)分析
1、機構(gòu)方案
根據(jù)實際的集裝箱波紋板的焊接條件，我們采用三個運動關(guān)節(jié)的機器人：左右平移的焊接機器人本體1、上下平移的十字滑塊2和做擺動運動的末端效應(yīng)器3。
圖 1-2 三自由度焊接機器人關(guān)節(jié)模型（俯視圖）
2、證明該方案能夠求出三個關(guān)節(jié)的運動學(xué)逆解，并且該解滿足一定的約束，能夠有效的解決在集裝箱波紋板在直線段中焊接的焊縫成形與在波內(nèi)斜邊段中焊接的焊縫成形不一致。
3、所要解決的問題
熟悉運動學(xué)逆解的方法、建立運動學(xué)模型、找出變換關(guān)系、逆解。
4、方法
齊次坐標變換方法。
1.3.2 焊接機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于在這里借用了一個現(xiàn)成的運動關(guān)節(jié)上下平移的十字滑塊，故這里所做的設(shè)計主要為
小車行走機構(gòu)（即左右平移的焊接機器人本體1）。
所要解決的問題及任務(wù)：
小車行走機構(gòu)：車體結(jié)構(gòu)方案的確定，驅(qū)動電機功率的估計，驅(qū)動電機的選擇傳動的校核。
其它：擺動關(guān)節(jié)電機的選擇等。
1.4 課題的完成情況
1、確定集裝箱波紋板焊接機器人總體機構(gòu)方案，并對該機構(gòu)存在運動學(xué)逆解，并求出，該解滿足集裝箱波紋板的焊接要求。
2、做出了車體結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核。
The inverse kinematics analysis of 3-D.O.F welding robot designed for ripple polygonal line seam of container
Yu-Qiang Zhang-Hua Mao Zhi-wei Ye Jian-xiong
（Robot&Welding Automation Key Laboratory Jiang Xi Nanchang University, Nanchang, 330029）
Abstract:To resolve the welding problem existing in ripple polygonal line seam of container,we develop a 3-D.O.F welding robot. An inverse kinematics analysis of the designed welding-robot based on D-H displacement transformation matrix was put forward in this paper. In order to make the welding gun fastend on the end effector keep a certain posture, the three joints of robot should act coordinately, thus this makes an assurerance for the consistency of welding quality. This paper presents the possibility that the robot can track the trajectory under a certain unchanged welding velocity by controlling the discipline of the three joints, and it is verified by means of simulation in MATLAB.
Key words:3-D.O.F; inverse kinematics; act coordinately ; welding posture
0． Introduction.
Figure.1 Ripple polygonal line seam of container
When welding,the welding torch makes the relative motion along the weld seam line by a certain posture .The choice of the welding posture is the key to guarantee a good welding quality,and the welding torch position posture has an important influence to forming of the weld seam.At present,in the welding process of ripple polygonal line seam of container,the welding torch cannot adjust the angle between itself and the welding speed with the profile change.As is shown in the figure.1,the shaping of weld seam at linear section is not consistent with that at hypotenuse section.To resolve the welding problem existing in ripple polygonal line seam of container,this paper make an inverse kinematics analysis of the designed 3-D.O.F welding robot through developing the kinematics equation of the robot which lets the posture of the welding torch make a suitable adjustment with the profile change ,while making sure of the welding torch movement along the curve of weld seam with an constant speed ,thus improve the shaping of the weld seam and then make sure the welding equality.
1.The principle of the mechanism movement of 3-D.O.F welding robot
To resolve the welding problem existing in ripple polygonal line seam of container at present.We developed a kind of 3-D.O.F robot.
This robot have three movement joints: about translate between right and left the welding robot main body 1; about translate up and down the cross slide 2;the terminal effector 3 which making the rotary motion.We achieve that the welding speed does not change with the change of the posture of the terminal effector through the coordinated movement of the three joints.
2.The inverse kinematics analysis of 3-D.O.F welding robot.
2.1 The simplification of kinematics models
Figure. 2 The moving diagram of 3-D.O.F welding robot .
As shown in figure.2,the welding torch(which is presented by a dark point at the end of movement joint 3) is attached at the terminal effector 3 of the welding robot.In the process of welding,the position posture of the welding torch should make a suitable adjustment with the shape change of the weld seam.The adjustment presents as the coordinated movement.
2.2 The establishment of kinematics model
In order to portray the movements of each joint ,a decca rectangular coordinate system is established for the moving mechanism of the robot ,as shown in figure.1.The initial space position relations of the coordinate systems established on each rigid body .Those coordinate systems are presented in figure.3.{0} is the base coordinate system,{1},{2},{3} are the moving coordinate sysytems established on the robot main body ,on the cross slide and the terminal effector.we will analyze the moving law of the movement joint by using the movements of {1},{2},{3}.
We could portray the coordinate value of a point of {B} in {A} by using equal time coordinate transformation matrix .Establishing three equal time coordinate transformation matrix 、、.
，，
Where l0,L1,L2 represent the initial distances between each coordinate system separately;S1,S2 are the displacement of {1},{2} in certain time t-t0,and , , V1,V2 are the speed of the zero point of {1},{2} separately ;θis the rotated angle of the third movement joint ;
，
By transformation equation ,we have:
Then we could establish the transformation relation between the description of one point in {0} and that in {3}:
=,that is =………..(a)
Where: (x0,y0,z0),(x3,y3,z3) are the coordinate value of point p in {0} and {3} separately.
2.3 The inverse kinematics solutions
During the process of welding ,we should make sure of the vertical angle between the welding torch and the weld seam .Its movement has two restraints: a constant speed ; a determined weld seam curve.We take a cycle of the ripple for carrying on the reverse kinematics solution ,and analyze the driving laws which the three movement joints’ coordinated actions should follow so that satisfy the two restraints .In a cycle the welding torch needs to pass through four turning points .This article take the first turning point as an example to explain the process of the reverse solution .This process is divided into three stages ,namely linear section ,circular arc change-over section and hypoteneuse section .
As the moving path of the welding torch ,in free time t ,the coordinates of the point at the end of the welding torch are (x3,y3,z3,1)=(0,r,0,1) and {x0,y0,z0,1} respect to {3} and {0} separately .
By expression (a), we have
=……………………..(b)
According to the weld seam in reality ,we assume the third movement joint’s angle acceleration as .
2.3.1 The movement of the point in linear section
We assume the start time of the movement as t0,the coordinates of the point at time t respect to {0} are x0=l0+vwt; ,
Substituting equation (b) into it , and making differentiation with respect to time on S1,S2,we have the moving law of movement joints 1 and 2:
2.3.2 The movement of the point in circular arc change-over section
Figure.4 The graphical representation of the arc transition at the turning point.
Suppose the robot move to this stage at time t1, the point’s position relative to {0} is: ,the angle speed of {3} w=0.
When the robot is moving ,by spatial geometry relations,we have :
,
,the speed law of movement joints 1 and 2 are :
The speed of the end of the welding torch along the direction which is parallel to the direction of the weld seam is constant,that is the welding speed is constant.
By the spatial geometry: ,therefore ,
.
Thus
2.3.3 The movement of the point in wave hypoteneuse section
Suppose the robot moving to this stage at time t1’,the coordinates of the point respect to {0} is
=,after the reverse solution yields .
According to the same method, we could get the coordinated movements law of the three movement joints ,and satisfy the constraint conditions in a ripple cycle .And then we could make sure of the perpendicular relation between the welding torch and the weld seam at different section.
3. The simulation of the reverse kinematic analysis of the 3-D.O.F welding robot
The calculation is based on the determined moving law of the third joint and make sure that it satisfy the two constraint conditions ,and reverse deduce the moving law of the two other joints {1},{2} .
To verify the process of reverse solution ,we carry on the simulation by the matlab software .we establish some spatial geometry size : ,the rotating radius of the rotating joint r=0.1m , the angle between the linear section and hypoteneuse section at the turning point is .
In a welding cycle ,the change rule of the rotating arm’s angle acceleration is shown as figure.5
Figure.5 The angle acceleration change rule of joint 3
Thus we could obtain the change rule of the third joint’s rotating angle ,as shown in figure.6
實 習(xí) 報 告
實習(xí)內(nèi)容：□ 認識實習(xí)（社會調(diào)查）
□ 教學(xué)實習(xí)（□生產(chǎn)□臨床□勞動）
□√ 畢業(yè)實習(xí)
實習(xí)形式：□√ 集中 □ 分散
學(xué)生姓名： 陳 愈 馨
學(xué) 號： 02122078
專業(yè)班級： 機制023班
實習(xí)單位：南昌大學(xué)機器人與焊接自動化重點實驗室
實習(xí)時間： 2006-3-13
2006年 03 月 13 日
一、 實習(xí)目的
主要是熟悉這個實驗室的環(huán)境，了解其研究方向與研究成果，進一步加深對科研的感性認識與理性認識，為自己的畢業(yè)設(shè)計做一些準備，這是畢業(yè)設(shè)計整個過程非常重要的一個環(huán)節(jié)。
二、實習(xí)內(nèi)容
1、實驗室的簡單了解
實驗室研究方向是機器人技術(shù)與焊接自動化裝備，主要研究機器人的機構(gòu)、運動控制，焊接自動化的傳感、信息處理、智能控制等技術(shù)。已經(jīng)完成國家自然科學(xué)基金項目等 5 項，目前進行國家高新技術(shù)發(fā)展計劃（十五“ 863 ”）項目等 5 項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文共 60 篇， SCI 收錄 6 篇、 EI 收錄 13 篇，獲得 2002 年江西省自然科學(xué)二等獎。
承擔(dān)材料科學(xué)與工程博士后、材料加工工程博士生、機械電子工程、控制理論與控制工程和通信與信息系統(tǒng)碩士生培養(yǎng)。已畢業(yè)博士生 2 名、碩士生 8 名，現(xiàn)在研博士后 1 名，在讀博士生 5 名、碩士生 16 名。已形成多學(xué)科交叉、多層次人才培養(yǎng)與科研開發(fā)基地。
實驗室主任 張 華 教授
學(xué)術(shù)委員會主任 潘際鑾 院士
2、研究內(nèi)容與研究成果
（1）、無導(dǎo)軌全位置爬行式弧焊機器人
具有全位置的爬行能力，能勝任多種位置的焊接任務(wù)，適用于球罐，造船等現(xiàn)在仍未解決自動化焊接的大型構(gòu)件焊接過程。采用激光傳感器，實現(xiàn)了焊縫的自動跟蹤，坡口識別形式多樣，能實驗多道焊多層焊接。可以獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量和很高的生產(chǎn)效率，同時省去清根工序，節(jié)省能源，降低材耗，改善工人勞動條件，降低生產(chǎn)強度。
（2）、弧焊機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感焊縫跟蹤系統(tǒng)
針對工業(yè)示教再現(xiàn)弧焊機器人存在的示教編程復(fù)雜,加工工件要求高，焊接過程工件變形等問題開發(fā)適合工業(yè)機器人的高速旋轉(zhuǎn)電弧傳感及焊縫糾偏系統(tǒng)，成果提高了工業(yè)弧焊機器人智能化程度。電弧傳感器的旋轉(zhuǎn)頻率0－30HZ之間任意可調(diào)：掃描半徑0-3.5mm可調(diào)。
（3）、輪式自主移動焊接機器人系統(tǒng)
系統(tǒng)開發(fā)在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的彎曲焊縫自主體動焊接機器人技術(shù)，無需軌道和靠模，采用旋轉(zhuǎn)電弧傳感器，能夠把當前焊槍偏離焊縫的信息進行實時檢測，不存在超前性和滯后性的問題：采用模糊控制實現(xiàn)精確的焊縫跟蹤，特別適用于大型工件的自動化、智能化焊接。
（4）、螺旋管內(nèi)焊縫自動跟蹤與熔透集成智能控制系統(tǒng)
無人監(jiān)控的“西氣東送”螺旋管內(nèi)焊制造生產(chǎn) 螺旋管內(nèi)焊縫自動跟蹤與熔透集成智能控制系統(tǒng),實現(xiàn)了埋弧內(nèi)焊中焊縫的自動跟蹤與熔透的雙重控制。
（5）、鍋爐管爆修復(fù)自動焊機
本焊機用于鍋爐管爆修復(fù)時的管--管對接，也可用于其它情況下的全位置焊接。它的主要結(jié)構(gòu)特點有：
·適用管徑45mm-60mm。
焊頭結(jié)構(gòu)緊湊，可用于窄小的管間隙，最小可達45mm。
焊頭水冷，可連續(xù)工作。
柔性夾具，拆卸方便。
手動和自動模式可選擇。
二、 實習(xí)總結(jié)
雖然實習(xí)時間短暫，但自己的感性認識卻頗為深刻。
（1）、搞科研不容易，特別是在一個條件不是很好的情況下更是如此，非常佩服在這個實驗室里的老師所付出的勞動，這是給我印象最深的。
（2）、更清楚的認識了自我，我不是很適合在一個艱苦的條件下獨自能夠做出成果的那一類人，不能獨當一面。這讓我想起了爐火旺的原理，自己就是一塊生炭，在條件差的地方就是勉強燒著了，也是濃煙滾滾呀。自己目標更加明確，只有兩條路可走，要不去頂尖的研究所去，要不走技術(shù)類，而不是走研究類，雖然科研聽起來蠻有誘惑力的。
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