本站原创摘 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,焊摆动部分,焊上下调整部分等,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
中图分类号：TG409
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姿态调整、焊位置调整、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,也可以装两把焊,故以其中一侧为例,如图1所示.焊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；焊位置调整部分是在焊接过程中完成焊的摆宽、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实现焊接小车的工作.
3控制系统设计
管道焊接机器人控制系统的硬件结构如图3所示.为了减轻主控制器的负担,系统采用双控制器结构,主控制器采用DSP数字信号处理器,通过相应的伺服系统,来实现焊接机器人的各种控制算法.辅助控制器采用ARM芯片,主要负责接口电路的控制：通过CAN总线接口与手持遥控盒相连,接受各种焊接控制命令.
在整个系统中,DSP与ARM之间是通过RS-232接口进行数据交换,从而可以保证两个处理器之间数据传递的实时性和可靠性.
图3系统的硬件框图
4控制系统的软件设计
根据控制系统硬件结构,可以在上位机上开发相应的软件,软件的开发过程中运用模块化方式,为用户的操作提供了方便.该软件包含通讯连接模块、参数修改模块、伺服控制模块指令、在线控制模块四个重要功能模块.在这四个模块中,通讯连接模块和参数修改模块组成了上位机软件,用于实现通讯设置、焊接参数的编辑、修改和保存等功能；在线控制模块和伺服控制模块是DSP软件,用于实现伺服运动控制算法及在线监控等功能.
5结论
论文论述了设计管道焊接机器人一种方法,其机械结构包括焊姿态调整、焊位置调整、焊接小车行走驱动等几部分组成,并进行了数学建模.控制系统使用DSP做主控制器负责连接各伺服电机,使用ARM做辅助控制器负责接口的连接,从而充分发挥了两者各自的优势.