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基于地面反力检测的四足马机器人适应步行法
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【doc】六脚足式步行机器人的设计与制作
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3秒自动关闭窗口焊接机器人在输电线路铁塔塔脚上的应用_焊接设备_中国百科网
焊接机器人在输电线路铁塔塔脚上的应用
    输电线路铁塔塔脚为焊接组合件，现有技术中对于塔脚的生产大多采用手工电弧焊和CO2气体保护焊的方式，由于焊接人员的焊接水平、焊接经验的影响以及由于采用人工的焊接方法，导致塔脚的产量无法保证。因此，如何保证输电线路铁塔的塔脚焊接质量，并提高输电线路铁塔的塔脚生产效率，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。在铁塔塔脚焊接中使用焊接机器人不仅能有效解决上述问题，而且可以提高行业的自动化焊接水平。
1焊接机器人简介
&&&&&& 1.1 焊接机器人系统的主要组成
&&&&&& 焊接机器人系统就其硬件来说一般包括机器人机械手、控制系统、焊接装置、变位机、焊件夹持装置以及其他保护装备等几部分（如图1所示）。
&&&&& 1.1.1 焊接机器人本体，一般由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等组成，其任务是精确地控制机械手末端（焊枪）所要求的位置、姿态和运动轨迹。焊接机器人上还装有送丝装置，且大多装在机器人本体第三轴和第四轴之间；
&&&& 1.1.2& 控制柜是焊接机器人的神经中枢，一般包括计算机硬件、软件和一些专用电路，负责收集、处理机器人工作过程中的全部信息并控制其全部动作；
&&&& 1.1.3& 焊接电源系统，包括焊接电源、专用焊枪等；
&&& 1.1.4& 焊接传感器及系统的安全保护设施；
&&&& 1.1.5& 变位机。每一焊接机器人系统至少有一个与焊接机器人进行焊接配合的变位机，以实现对工件的安装固定以及精确定位，通过预设的焊接程序使焊接过程定位准确，当变位机为多个时，将焊接工位设置为多个，在焊接的同时进行塔脚的装卸，以实现对不同工位的塔脚进行焊接，实现对焊接机器人的充分利用；
&&&& 1.1.6& 焊接工装夹具。实现对焊接产品的定位、装夹。
1.2 焊接机器人的特点
&&&&& 铁塔塔脚基本是由钢板焊接而成的结构件，工件在上下料、组对的时候难免会存在一定的误差，导致焊缝的位置和宽窄的一致性程度不高；且由于在焊接的过程中会产生一定的变形，使得先焊接的焊缝产生变形作用在所焊接的工件上，导致后焊的焊缝偏离了原来组对时的位置。为了保证焊接的质量，要求机器人在焊接时能够自动找正焊缝的起始位置与正确方向，焊接塔脚的机器人系统一般都带有焊接起始点的寻位以及焊缝的跟踪等焊接功能[1,2]1.2.1 焊接起始点的寻位。焊接起始点寻位方式主要是接触传感器寻位，它利用加了低电压的焊丝接触工件表面进行三方向的传感。该方法是感知实际的工件位置，通过程序计算出实际位置与示教编程时工件表面位置的偏差，而后将偏差加入到示教时的焊接位置，来找到并修正正确焊接位置，以纠正装夹、组对以及焊接时所产生的焊接位置的偏差，从而来保证焊接的质量。起始点的位置确定了之后，还需要使用电弧跟踪功能来保证焊接方向的正确性。
1.2.2 电弧跟踪。在焊接的过程中，焊接机器人系统通过应用的软件对焊接电压、电流变化来实时的进行监控，分析并计算出电弧长度变化，再通过软件来调整机器人的姿态以实现对纠正焊缝的偏移。
&1.2.3 坡口宽度跟踪。焊接机器人在焊接前检测整条焊缝上多个点，通过软件计算出焊缝坡口的宽度，来得到整条焊缝坡口宽度的变化情况。通过在焊接的过程中调整机器人的焊接摆动幅度与焊接速度进行轨迹的修正，即在焊缝较宽位置增大焊接摆幅，同时降低焊接速度，在焊缝较窄地方适当的减少摆幅，且相应地提高焊接速度，来得到焊高一致的焊缝，保证焊接轨迹始终位于坡口或焊缝的中心，从而达到提高焊接质量目的。
1.3 焊接机器人的工作原理
&&&&&& 焊接机器人的编程方式可分为离线编程和示教再现两种方式，下面分别进行介绍。
&&&&&& 离线编程[3]主要过程是首先建立塔脚、机器人和焊枪CAD模型并对该模型进行工艺分析，确定焊接的关键点来建立工具坐标系，接着进行机器人位姿的求解，根据机器人位姿数据进行离线编程并生成代码仿真，最后将仿真产生的代码导入到软件，实现与机器人通信（如图2所示）。
& 所谓示教再现，即由用户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、焊接参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序，完成示教后，只需给机器人一个起动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步完成全部操作，实现示教与再现，此法主要适合于多品种小批量的生产。
& 1.4 塔脚焊接引入焊接机器人的必要性
& 正是由于焊接机器人具有以下优点，各企业意识到在塔脚焊接生产中采用焊接自动化的重要性，现已逐步在部分关键工序采用了焊接机器人作业，自动化焊接的比例得到了提高。
& （1）提高和稳定焊接质量，提高产品质量的一致性。焊接电压、焊接电流以及焊接速度等对焊接结果有很大的影响，而采用焊接机器人焊接可以实现上述参数的恒定，受人为因素的影响较小，可降低对操作工人技术水平的要求，因此可以保证焊接质量的稳定；（2）可实现24h连续生产，提高生产率；（3）为柔性生产提供了可能，可实现多品种小批量的连续生产，当需更换产品类型时，可以通过更换夹具和调出相应的编程来满足生产的需要，减少了再投资，节约了成本；（4）改善工人的劳动强度和条件。采用机器人焊接时在焊接结束后只需进行工件的装卸，省去了由于翻转工件所占用的时间，消除了安全隐患，且避免了焊接弧光、烟雾以及飞溅等对工人造成的伤害，解放了工人的劳动力。
&& 除此之外，通过对焊接产品进行统计与分析，根据焊接机器人的焊接工艺特性，得到哪些形状规则、批量大的焊接件较适合机器人焊接，对于铁塔产品而言，主要在塔脚、十字焊件、挂线板等结构需要进行焊接，结合铁塔焊接产品的分类统计（如附表所示），得到铁塔塔脚的焊接约占铁塔焊接比重的60%且其批量较大、形状规则，容易实现批量化焊接作业及装卡定位相对容易，对焊接机器人周边设备要求较低，投资较少。由于上述的分析，可知在铁塔塔脚的焊接上使用焊接机器人是一个必然趋势。
2 焊接机器人在输电线路铁塔塔脚焊接中的应用
&&&&&& 2.1输电线路铁塔塔脚的结构特点
&&&&&& 在输电线路铁塔的焊接中，焊接机器人主要焊接产品为铁塔塔脚，其主要由底板、筋板和连接板等通过焊接的型式连接而成，它是铁塔的基础，同时又是整个铁塔的支撑部件，承受着来自塔身的重力，塔身由于风、雪、地震等载荷对塔脚所产生的拉（压）力等，其结构加工质量决定着整基铁塔质量的一个关键点，连接板上有几组平行度要求的孔，主要用于与连接角钢的连接，因此，塔脚焊接具有焊接量大、焊接难度高、易产生焊接变形等诸多特点。
&2.2 铁塔塔脚焊接的工作模式
&& 焊接机器人工作系统，根据实际需要可采用单机器人+单/多工位的焊接模式，下面以单机器人+两工位来进行说明其具体的工作模式。操作人员在A工位的装卸位置将待焊的塔脚装在该工位的夹具上后，操作人员退出并按下启动按钮；当焊接机器人在A工位进行焊接时，操作人员可在B工位装卸位置同时将待焊的塔脚装于该工位的夹具上。安装完毕后，操作人员退出并按下启动按钮进行预约，当机器人完成了A工位上的焊接后，将按照预约自动转到B工位焊接位置进行焊接。此时，操作人员又可以回到A工位进行工件的卸装，并重复上面的操作。多工位的流程与此类似，这样可以保证机器人连续不断地进行工作，从而达到高效自动化焊接生产的目的[5]。
& 3 焊接机器人应用中存在的问题及解决方案
& 3.1 焊接中存在的缺陷及分析
& 机器人焊接采用的是富氩混合气体保护焊, 在铁塔塔脚的焊接过程中易出现的焊接缺陷一般有咬边、焊偏、气孔等几种，具体的原因以及解决的措施分析如下：
& 3.1.1 出现咬边的情况，可能是因为焊接的参数选择不正确，或者角度、位置不适当而造成的。针对此现象，可以通过改变功率的大小来调整焊接参数，调整一下焊接时工件的相对位置；
& 3.1.2 如果发现焊偏，可能是由于焊接位置的不准确或者焊枪寻找的时候出现了问题，通过检查焊枪中心点的位置是否正确，加以调整即可。若经常出现该情况则要检查机器人各个轴的零始位置，重新进行校零并加以修正；
& 3.1.3& 如果发现有气孔，可能是因为气体保护差，工件的底漆太厚，或是保护气不够干燥的原因而引起的，只要进行相应的调整即可；
& 3.1.4& 飞溅太多可能是因为焊接参数的选择不正确、气体的组成成分的原因，可以适当的调整功率大小来改变焊接参数，调节气体配比仪来调整混合气体的构成比例；
& 3.1.5& 焊缝结尾的地方，冷却之后出现了弧坑，出现这一问题，在编程的时候，使用填弧坑的功能就可以将所产生的弧坑填满。
& 3.2 焊接中存在的故障问题
& 在塔脚焊接的过程中，焊接机器人系统也会出现一些故障，常见的故障主要有以下几种[6]：
& 3.2.1 发生撞枪。可能是由于工件在拼装时存在一定的偏差或焊枪的中心位置不准确，可以检查工件的装配情况或者修正焊枪的中心位置来避免该情况的出现；
& 3.2.2 出现电弧故障，造成不能引弧。这可能是由于焊枪的焊丝没有接触到工件表面或者焊接的工艺参数太小，可以通过手动送丝、调整焊枪与焊缝的距离或适当调节工艺参数来解决；
& 3.2.3 保护气监控报警。由于焊接机器人设备是靠循环水来进行冷却，保护气的压力驱使气缸的开关动作。而在实际使用中，冷却水中存在杂质或保护气中存在颗粒造成管路的堵塞或腐蚀而发生报警，可以通过检查冷却水、保护气管路或增加过滤装备来进行预防。
&&&&&& 4结束语
&&&&&& 焊接机器人在输电线路铁塔塔脚中的应用，大大的提高了塔脚结构件焊接质量的稳定性与生产效率，有效地降低了工人的劳动强度，实现了柔性化生产管理。通过在铁塔塔脚焊接上焊接机器人的大量使用，遇到了很多问题，也对问题进行了解决。正是如此，在不断暴露问题、改进和解决问题过程中，积极地寻求更加有效的方法，使焊接机器人能够顺利完成对铁塔塔脚的焊装工作，为铁塔制造行业的焊接自动化积累一定的经验。
收录时间:日 10:26:54 来源:中国焊接资讯网 作者:匿名
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1)&&hexapod walking robot
六足步行机器人
The hierarchical control and communication of a hexapod walking robot;
六足步行机器人分级控制及通信
Studying on an omnidirectional hexapod walking robot,this article introduces the functionality on structure and movement,compares the characteristics of different modes and distribution forms of legs,calculates the DOFs of the robot and gives out the rule to solve the static maximum force acting on each leg.
针对一种自主研制的具有全方位运动功能的六足步行机器人原型机,介绍了该机器人的运动功能要求,对比分析了不同腿机构形式和整体布局模式对机器人的影响,确定合理腿机构和布局模式;在理论上描述了机器人机械系统结构原理,验算了整机的运动自由度并描述腿机构静力学极限力的求解规则;结构上详细描述了模块化腿臂融合机构的部件组成、功能特性和传动形式;最后通过实验和数据验证了该机械系统满足机械强度和步行运动功能的要求。
The omnidirectional gait of a hexapod walking robot is studied in this paper.
研究六足步行机器人全方位行走步态,分析其静态稳定性;规划了典型直线行走步态和定点转弯步态,确定了直线行走步态最大跨步和定点转弯步态最大转角;进行了步态控制算法模拟仿真及实地步行实验,结果表明研究工作正确、有效。
2)&&the hexapod walking bio-robot
六足仿生步行机器人
Aimed to the problem that the working time of the hexapod walking bio-robot whose power is supplied by batteries is subjected to a limit,this paper puts forwards the new method that used to its control system integrating dynamic power management,real time scheduling and motion-strategy planning,which considers the system s energy consumption grade fully.
针对采用电池供电的六足仿生步行机器人其工作时间受限的情况,提出了将动态电源管理、实时任务调度和运动策略规划等方法,综合运用于其控制系统,且更为全面地考虑了机器人系统的能耗等级。
3)&&hexapod walking machine
六足步行机器
Based on the bionics theory, a hexapod walking machine is designed and made.
根据仿生学理论,以六足行走昆虫为原型,采用双关节的步行机构,实现六足步行机器平稳地前进,以及根据两侧步伐大小的差异实现转向。
4)&&six-legged walking machine
六足步行机
In this paper,the performance figure of Energy—saving of six-legged walking machine is discussed,and the influence of leg s first joint axial directions on the performance figure,while the input torques of the walking machine are distributed in line with the energy optimum,is analysed using numerical method.
本文讨论了空间多关节六足步行机器人轻便性的评价指标。
5)&&biped walking robot
双足步行机器人
Gait Planning of a Biped Walking R
双足步行机器人的步态规划
Moreover,a step program for the biped walking robot is designed.
在AVR系列单片机基础上,提出一种并行积分式多路PWM波产生算法,具有较高的控制精度,可控制大量舵机,并以此设计出双足步行机器人行走步伐程序,实验证明舵机运行稳定,追随性能好,速度调节方便;机器人行走稳定,步伐频率高、步幅大,程序具有很强的通用性。
Furthermore, the system can be used to measure the actual ZMP trajectory of a biped walking robot.
提出一种多维力测力平台阵列系统 ,通过机器人行走过程中脚部与平台接触力的测量 ,并根据Vuko bratovic关于ZMP的定义 ,得到机器人行走过程的ZMP实际轨迹信息 ,为双足步行机器人的稳态行走步态规划提供参考依据 。
6)&&multi-legged walking robot
多足步行机器人
A CPG model of multi-legged walking robot
一种用于多足步行机器人步态控制的CPG模型
Research on the Joint Control System of a Modular Multi-Legged Walking R
模块化多足步行机器人关节控制系统研究
Because of the multiped walking character, multi-legged walking robots own obvious priorities in motion and working under unstructured and unconfirmed environment comparing to wheeled robots.
相对于轮式机器人而言,多足步行机器人在非结构化环境中具有明显的优势。
补充资料：两足步行机器人
&&&&　　模拟人类用两条腿走路的机器人。两足步行机器人适于在凸凹不平或有障碍的地面行走作业，比一般移动机器人灵活性强，机动性好。1972年，日本早稻田大学研制出第一台功能较全的两足步行机器人。美国、南斯拉夫等学者也研制出各种两足走行机器人模型。两足步行模型是一个变结构机构，单脚支撑为开式链，双脚支撑为闭式链。支撑点的固定靠摩擦力来保证，质量分布和重量大小都直接影响静态和动态的稳定性。为保证行走过程中姿态的稳定性，对行走步态应加严格的约束。图中示出了具有11个动力关节的两足步行模型的自由度分配。这些关节以旋转轴的方向分为纵摇轴、横摇轴和偏航轴。纵摇轴实现前进方向的重心移动，横摇轴实现左右方向的重心摆动，偏航轴转换方向。在行走过程中，通过纵摇轴的髋关节、膝关节和踝关节的协调动作，在前进方向上移动重心；通过上驱体关节使上身左倾或右倾，移动上身塔载调节重心；通过偏航轴的腰关节转换方向。关节的驱动能源主要有气压、液压和电动三种。气压式重量轻、安全便宜，但因空气的可缩性，在变负载情况下，稳定性差。液压式输出功率大、快速性好，但需配备动力组件。例如，日本早稻田大学加藤一郎教授研制的WD-10RD,是具有12个自由度的液压驱动机器人。电动式结构简单、控制容易。但功率密度低、价格较高。　　　　两足走行的行走方式有静态步行、准动态步行和动态步行三种。①静态步行：两足步行机器人靠地面反力和摩擦力来支撑，绕此合力作用点力矩为零的点称为零力矩点(ZMP)。在行走过程中，始终保持ZMP在脚的支撑面或支撑区域内。②准动态步行：把维持机器人的行走分为单脚支撑期和双脚支撑期，在单脚支撑期采用静态步行控制方式，将双脚支撑期视为倒立摆，控制重心由后脚支撑面滑到前脚支撑面。③动态步行：这是一种类人型的行走方式。在行走过程中，将整个驱体视为多连杆倒立摆，控制其姿态稳定性，并巧妙利用重力、蹬脚和摆动推动重心前移，实现两足步行。动态步行涉及机构控制和能源等难题，目前仍处于研究阶段，两足步行机器人可用于宇宙探测、排险及军事等方面。　　
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