基于机器人的玻璃钢管道相贯线铣削工作站设计

摘要

玻璃钢管道制品具有质量轻、耐腐蚀、可设计性好等优点，使其广泛应用于石油、化工、船舶、市政给排水等领域。而玻璃钢管道相贯线目前普遍采用传统的手工方式进行切割加工，手工方式存在切割质量差、精度误差大及加工效率低等缺陷，而且现场工作环境恶劣，切割产生的粉尘对工人的身体造成极大伤害。因此迫切需要研发全自动玻璃钢管道相贯线铣削工作站，减少对工人健康的伤害，提升玻璃钢管道相贯线铣削的质量和效率。由于工业机器人相较于数控切割设备具有高柔性、成本低和高智能化等优点，因此本文选用机器人开发全自动玻璃钢管道相贯线铣削工作站。
　　本文设计基于KR210机器人的玻璃钢管道相贯线铣削工作站。为确定铣刀在玻璃钢管道相贯线上各轨迹点的铣削厚度，避免出现管道未切透或过切等问题，推导了玻璃钢管道主管内壁相贯线曲线方程，根据坡口向量与主管外壁的空间几何关系，推导出了主管外壁铣削轨迹的曲线方程，建立了相贯线坡口模型，并确定了相贯线各轨迹点的铣削厚度和机器人铣刀末端的位置和姿态。根据玻璃钢管道特点及切割工艺要求对机器人工作站控制系统的硬件结构与软件系统进行了设计，利用Visual Studio2010开发了上位机的人机交互界面，运用TIA Portal V13编写了下位机S71200PLC的执行程序。最后对本机器人工作站提高铣削和质量的功能进行了实验验证，利用三维表面轮廓光学测量仪扫描出了相贯线坡口的玻璃纤维表面情况，测量了表面粗糙度，对实验数据进行了对比和分析，得出了本机器人工作站能够提高玻璃钢管道相贯线的铣削质量和效率的结论。
　　本文研制的机器人工作站能够根据具体的工艺要求，通过计算主管内径、主管壁厚、支管外径、偏转角度、偏差距离和坡口角度等加工参数，确定管道相贯线上各轨迹点铣削厚度，根据铣削厚度选择铣刀深入的合适长度，在铣削过程中有效避免了铣刀未切透和过切碰撞等问题，提高了玻璃钢管道相贯线的铣削质量和效率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究的目的和意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题研究的目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 相贯线切割研究现状

1．2．2 机器人铣削研究现状

1．2．3 玻璃钢管道相贯线铣削研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 玻璃钢管道相贯线铣削轨迹规划

2．1 玻璃钢管道相贯线坡口模型建立

2．1．1 主管内壁相贯线曲线方程推导

2．1．2 主管外壁铣削曲线方程推导

2．1．3 相贯线坡口模型建立

2．2 铣削厚度分析

2．3 机器人铣刀末端轨迹规划

2．3．1 铣刀末端坐标推导

2．3．2 铣刀运动姿态推导

2．4 本章小结

第3章 机器人铣削工作站控制系统设计

3．1 控制系统总体结构设计

3．2 控制系统的硬件选型

3．3 控制系统软件设计

3．3．1 控制系统软件总体方案设计

3．3．2 上位机软件操作界面设计

3．3．3 机器人铣削轨迹编程设计

3．3．4 上位机与下位机通讯设计

3．4 本章小结

第4章 机器人铣削玻璃钢管道相贯线实验

4．1 提升铣削效率验证

4．2 提高铣削质量验证

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢