發(fā)布時間：2020-11-18 10:11

　　 超大尺寸工件復(fù)雜加工是國家重型裝備制造領(lǐng)域的關(guān)鍵問題之一。由于超大尺寸工件普遍重量大不便移動,長期以來加工僅能通過人工方式,加工效率低下,質(zhì)量難以保證。向超大尺寸工件復(fù)雜加工中引入具有移動作業(yè)能力的機(jī)器人系統(tǒng)成為新的發(fā)展趨勢。核電封頭是超大尺寸工件的典型代表,在國家重點(diǎn)自然科學(xué)基金“核電封頭與管座復(fù)雜空間型面焊接機(jī)器人設(shè)計方法研究”課題支持下,上海交通大學(xué)研究了基于P-P并聯(lián)構(gòu)型的新型腿式移動作業(yè)機(jī)器人并應(yīng)用于核電封頭管座焊接。本文研究該腿式移動作業(yè)機(jī)器人在核電封頭管座焊接環(huán)境中應(yīng)用所需控制方法及實時控制系統(tǒng)并進(jìn)行相關(guān)實驗,為機(jī)器人在實際環(huán)境中的自主移動作業(yè)提供方法及系統(tǒng)支持。首先本文針對核電封頭管座焊接環(huán)境中機(jī)器人定位需求,建立基于RGBD視覺傳感器管座檢測的機(jī)器人定位方法。該定位方法充分利用核電封頭中管座分布規(guī)律建立管座間位置拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),進(jìn)一步在匹配視覺檢測中的管座位置拓?fù)潢P(guān)系基礎(chǔ)上建立機(jī)器人與核電封頭間的坐標(biāo)關(guān)系。該方法通過直接目標(biāo)識別獲取在核電封頭管座焊接環(huán)境中機(jī)器人相對于核電封頭參考位置,無需附加參考物體,具有較高的實用性。其次本文基于并聯(lián)構(gòu)型腿式移動機(jī)器人性能空間提出核電封頭管座覆蓋方法并分析機(jī)器人全局移動策略,在此基礎(chǔ)上建立機(jī)器人自主移動規(guī)劃并設(shè)計具有模塊化的機(jī)器人實時移動控制模型。該模型將機(jī)器人運(yùn)動進(jìn)行狀態(tài)劃分,并通過運(yùn)動指令及安全操作兩種方式建立外部系統(tǒng)對模型的實時控制。之后本文在以上控制方法和模型基礎(chǔ)上設(shè)計并實現(xiàn)移動焊接任務(wù)的移動作業(yè)機(jī)器人實時控制系統(tǒng)。根據(jù)移動焊接任務(wù)提出機(jī)器人對于控制系統(tǒng)需求,建立混合行為控制系統(tǒng)框架及PC多核CPU控制系統(tǒng)平臺,并搭建控制系統(tǒng)軟硬件�？刂葡到y(tǒng)具有高度實時性以及良好的開放性,通過建立基于狀態(tài)的順序控制以及基于安全操作的并發(fā)控制混合行為提升了機(jī)器人控制安全性及對于外界環(huán)境的適應(yīng)和反應(yīng)能力。最終本文在實驗環(huán)境中建立控制系統(tǒng)并對控制方法及控制系統(tǒng)性能進(jìn)行檢驗,實驗初步驗證控制方法以及控制系統(tǒng)具有良好的可靠性與穩(wěn)定性,具備進(jìn)一步在實際工程環(huán)境中進(jìn)行移動焊接作業(yè)的控制系統(tǒng)條件。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TL623;TP242
【部分圖文】：

1圖 1-1 中國大陸核電廠分布圖（截至 2018 年 3 月 9 日）[4]Fig. 1-1 China Nuclear Power Plant distribution map (as of March 9, 2018)

核電封頭管座焊接一般采用弧焊焊接方式[14]。典型弧焊接機(jī)器人系統(tǒng)如圖1-3 所示，整體系統(tǒng)從功能上可以劃分成機(jī)器人本體、機(jī)器人控制系統(tǒng)（控制器）以及焊接系統(tǒng)三大組成部分。圖 1-3 典型焊接機(jī)器人系統(tǒng)組成Fig. 1-3 The composition of typical welding robot system機(jī)器人本體是整體作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也是主要負(fù)載的承重機(jī)構(gòu)，決定著焊接作業(yè)范圍[15]。機(jī)器人控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)機(jī)器人運(yùn)動控制及與其余系統(tǒng)間的作業(yè)協(xié)調(diào)，包括中央控制器、電機(jī)驅(qū)動器、電機(jī)以及傳感器等部分。焊接系統(tǒng)包括焊接電源、焊槍、送絲機(jī)、保護(hù)氣等部分，是焊接過程的主要執(zhí)行系統(tǒng)，目前焊接電源從簡單的提供焊接能力到具備獨(dú)立通信能力的智能調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)字化方向發(fā)展。1.2.2 核電封頭管座焊接機(jī)器人研究現(xiàn)狀國外在核電封頭管座焊接相關(guān)配套自動化設(shè)備方面已經(jīng)進(jìn)入實際應(yīng)用，例如法國 AREVA 公司開發(fā)了 J 形坡口焊接無損檢測機(jī)器人[16]，日本 Toshiba 公司開發(fā)的遠(yuǎn)程 J 型焊縫檢測設(shè)備[17]以及韓國 DOOSAN 公司開發(fā)了修補(bǔ)核電封頭管座焊接設(shè)備[18]。

1-4 POLYSOUDE 與 IGM 聯(lián)合研制 J 形坡口焊接機(jī)器J shaped groove welding robot created by POLYSOUDRM 管座的自動焊接設(shè)備研制仍然處于初步階的 J 型坡口自動焊接機(jī)（圖 1-5）填補(bǔ)了國內(nèi)空
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 高峰;;環(huán)保潔凈的新能源是未來的方向[J];農(nóng)業(yè)工程技術(shù);2015年18期

2 任德曦;胡泊;;關(guān)于我國能源革命與核電發(fā)展的探討[J];南華大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版);2015年01期

3 鐘本路;張斌;趙永春;;CPR1000反應(yīng)堆壓力容器鎳基管座貫穿件與上封頭焊接質(zhì)量的控制[J];金屬加工(熱加工);2014年08期

4 胡繩蓀;王明建;申俊琦;陳昌亮;谷文;李堅;;J形坡口焊接機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計[J];天津大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程技術(shù)版);2014年04期

5 高云峰;周倫;呂明睿;劉文濤;;自主移動機(jī)器人室內(nèi)定位方法研究綜述[J];傳感器與微系統(tǒng);2013年12期

6 馮華山;秦現(xiàn)生;王潤孝;;航空航天制造領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢[J];航空制造技術(shù);2013年19期

7 張仁堂;;核電發(fā)展給焊接裝備制造帶來的機(jī)遇[J];電焊機(jī);2010年08期

8 李漢宏;;核電壓力容器J型坡口自動焊接[J];電焊機(jī);2010年02期

9 王永峰;杜廣波;李浩;;AP1000核電關(guān)鍵設(shè)備的制造特點(diǎn)及國產(chǎn)化[J];能源技術(shù);2010年01期

10 李驥;姜守達(dá);鄒昕光;;Windows操作系統(tǒng)多核CPU內(nèi)核線程管理方法[J];自動化技術(shù)與應(yīng)用;2010年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 潘陽;P-P結(jié)構(gòu)六足機(jī)器人性能設(shè)計與控制實驗研究[D];上海交通大學(xué);2014年

2 丁菁汀;立體視覺在實際應(yīng)用中的若干問題研究[D];浙江大學(xué);2012年

3 潘煉東;開放式機(jī)器人控制器及相關(guān)技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 楊濤;基于Kinect輔助的服務(wù)機(jī)器人抓取路徑規(guī)劃研究[D];浙江大學(xué);2017年

2 閆浩月;融合激光測距儀和慣導(dǎo)信息的移動機(jī)器人室內(nèi)定位方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

3 盧洪軍;基于雙目視覺移動機(jī)器人目標(biāo)的檢測與定位[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2017年

4 程勇;智能移動機(jī)器人平臺設(shè)計及導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究[D];湖北工業(yè)大學(xué);2016年

5 王卓;J形坡口自動密封焊工藝及接頭性能研究[D];大連理工大學(xué);2015年

6 陳崢嶸;基于RGBD傳感器的室內(nèi)三維重建[D];南京理工大學(xué);2015年

7 霍永華;大型先進(jìn)壓水堆核電廠壓力容器下筒體及下封頭應(yīng)力評定[D];首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué);2015年

8 林聰聰;立體視覺中特征標(biāo)志的研究及應(yīng)用[D];西安電子科技大學(xué);2014年

9 楊瑞軍;核電壓力容器J型坡口焊接機(jī)器人設(shè)計與仿真[D];天津大學(xué);2012年

10 賴宇亮;開放式控制系統(tǒng)軟總線及調(diào)度的實現(xiàn)[D];華南理工大學(xué);2011年

本文編號：2888603