基于虚拟现实的立管横焊机器人辅助焊接工艺设计与实现

焊接工艺参数的选择对焊接质量有重要影响。针对立管J型铺设窄坡口横焊熔池下淌特性,提出基于横焊焊道厚度及热输入恒定策略的焊接工艺参数匹配算法。基于Unity3D开发平台和工艺参数匹配算法,通过C#开发了立管横焊CAPP模块,扩展了虚拟现实人机交互系统的功能模块;开展立管横焊计算机辅助焊接工艺实验,焊后焊缝成形良好,无焊接缺陷。实验结果表明:CAPP模块可有效获取匹配的焊接工艺参数,能缩短焊接工艺开发周期,降低工艺开发成本,有效提升系统的智能化水平。

管沟机器人自动化检测系统设计

随着铁路涵洞、公路排水渠和城市管网的快速发展,管沟维护任务的工作量逐年增加;为了确保工作人员的安全和提高管沟维护的效率,设计了一套管沟自动化检测系统;该系统由PC、控制手柄、管沟机器人和线缆车构成;管沟自动化检测系统以PC为核心,PC通过RS485与控制手柄、管沟机器人和线缆车进行通信;PC下发指令给机器人和线缆车,对管沟机器人和线缆车进行远程操控与传感器数据监测;PC通过同轴电缆接收管沟内部图像,实时对管沟进行监控;经实验测试,该管沟自动化检测系统能够正常运行在管沟环境中,机器人通信距离超过100 m,PC上位机实时显示1080P 30 Hz的管沟视频;该管沟自动化检测系统具有一定的应用价值,符合设计需求,具有一定的推广价值。

管桁架焊缝检测机器人夹紧机构瞬态振动特性分析与试验

为保证管桁架焊缝检测机器人夹紧瞬间的稳定性,对机器人夹紧瞬间的振动特性展开研究。根据夹紧机构零部件配合方式构建夹紧机构振动模型,对机器人夹紧瞬间进行仿真,分析夹紧瞬间夹紧机构的响应情况,研究夹紧机构对模型参数的敏感程度。对夹紧机构进行改进,提高弹簧刚度,增加动态吸收器,建立改进后的夹紧机构瞬态振动模型,并在MatLab中进行仿真分析。开展夹紧机构振动测试试验,测量原始与改进后机构的振动情况,对比弹簧支撑振动测试结果与仿真结果。结果表明:弹簧刚度对弹簧压缩量影响最大,弹簧阻尼对调整时间影响最大;机构改进后,调整时间缩短,弹簧压缩率显著降低,稳定性优于原始机构;试验结果与仿真结果的瞬态性能指标误差均小于5%,试验结果与仿真结果具有一致性。

全位置管道焊接机器人机头结构设计与运动仿真

从全位置管道焊接工艺对焊枪自由度的控制需求出发,设计了一种集焊枪摆动、升降、倾仰运动为一体的焊接机器人机头。机头组成包括摆动机构、升降机构和倾仰机构,其中倾仰机构控制焊枪角度,可为焊接工艺中使用电弧推力控制熔池成形提供机械结构基础。在Simcenter软件中对所设计的机头结构进行运动仿真。结果表明:在多轴插补联动下,该结构可以实现焊枪所需的自由度控制,机头结构设计良好。

机器人焊接技术在管道焊接中的应用现状

为介绍管道焊接中机器人焊接技术的应用情况,按照技术出现的顺序对油气管道焊接技术进行概括,分析了不同自动化焊接设备的工作原理,同时对工程中常用的设备进行了举例。文中介绍了管道铺设工程中相关的管道焊接检测技术以及管道接头腐蚀防护技术,最后介绍了焊接机器人的发展趋势,包括基于运动仿真的越障焊接、扩大应用场景与功能、引入新的传感器与原理。

示教工业机器人弯管卡线槽模具设计

示教工业机器人弯管卡线槽为直管+弯管形状,模具设计难点在于弯管段的脱模,塑件外壁的脱模简化为自动脱模和推杆推出方式,内壁的脱模设计了2个抽芯机构,分别是液压缸直管抽芯和液压缸弯管抽芯。在弯管抽芯机构中,先由液压缸活塞杆推动滑块直线移动,滑块再通过拉杆带动弯管圆弧滑块在摆杆和圆弧压条的共同导向下做旋转式抽芯,实现弯管内壁的旋转式抽芯脱模。

石油钻井平台装备电动化进程及趋势

针对国内外电驱动管柱自动化作业装备开展技术研究,分析了美国Canrig公司钻台机器人、排管机器人、电动铁钻工、输管机器人,美国NOV公司钻台机器人及其相关自动化作业系统,法国道达尔公司巡检机器人7类产品的功能、特性等;论述了国内电动扶管手、二层台机械手、指梁、巡检机器人等技术和应用现状。通过技术对标分析得出:国内外石油钻机装备均向智能、高效、绿色化发展,钻井作业由传统人力操作逐步向自动化、智能化转变;国外装备在小体积大功率驱动、防尘防水、防爆防盐雾、多轴协同等关键技术突破方面优于国内,而其在产品多样性以及应用推广方面与国内差距明显。建议国内基于电传动系统的特点,突破传统理念,研发新型高效装备;以及在装备自主决策、故障诊断等方面加大技术攻关力度。研究结果可为我国石油钻井装备技术发展提供参考。

水下管道外壁清洗机器人设计及流体力学仿真

针对水下管道外壁附着生物容易造成管道腐蚀的问题,设计出一款水下管道外壁清洗机器人.主要由夹持机构、清洗机构、攀爬机构、腰部回转机构四部分组成.机器人可以沿管道行走,并在管道分支处可进行换向,在行走的同时可以对管道进行清洗.针对机器人进行整体结构方案设计,并对机器人沿管道的攀爬步态进行分析以及夹持机构主要参数进行计算.应用SolidWorks进行建模,通过Flow Simulation模块对机器人在水下运动时,机器人周围水域水流状态以及机器人自身所受应力情况进行仿真,通过仿真分析了机器人在水下运动时所受的阻力特性.结果表明,该水下管道外壁清洗机器人的可行性及合理性,通过对夹持机构的调节,可以实现对不同直径的管道进行清洗,满足水下作业要求.

管道全位置焊接机器人结构设计与运动学分析

现有管道全位置自动焊接设备自由度少,无法模仿高级焊工运条手法,从而影响到焊接质量。针对这一问题,设计了一款基于协作机械臂的管道全位置焊接机器人,并进行了运动学分析。首先,根据焊接机器人的结构特点,采用模块化思想对机器人进行了功能模块划分,功能模块包括柔性导轨、行走底盘、六轴协作机械臂和模块间的快锁机构四个部分;然后,根据D-H法建立了运动学方程,结合Robotic Toolbox和MATLAB完成了焊接机器人的建模和运动学仿真;最后,采用蒙特卡洛法对焊接机器人的工作空间进行了可视化分析。研究结果表明:理论上,基于协作机械臂的管道焊接机器人可完成管道壁厚为755 mm、焊缝宽度为310 mm的焊接任务,并且运动学模型正确、结构设计合理,可以满足管道全位置焊枪姿态调整的功能需求。

基于电磁超声的工业管道自驱式壁厚连续扫查内检测系统

腐蚀减薄是工业管道定期检验重点关注的损失模式,文中针对该问题研发了一种自驱式管道壁厚连续扫查内检测系统。文中设计了一种收发双线圈构型的电磁超声传感器,研制了自驱式管道内检测机器人与高裕量随动贴合的传感器搭载装置。在测试管道上开展了在线壁厚扫查实验,实验结果表明:自驱式电磁超声内检测系统在管道主要结构处均能稳定检测壁厚,检测数据可靠,缺陷定位准确,适用于传统外检测不可达等服役工况下钢质管道的壁厚动态测量。

小口径管道内检测机器人国外研究进展

小口径管道在油田集输和注入系统大量应用,通过定期有效进行埋地管道内检测,并及时发现管道内部缺陷和潜在风险,对安全生产运行具有重要意义。结合适用于小口径管道的不同类型内检测机器人最新研究进展,综合对比分析各种类型机器人结构特点及在不同管道内适用情况,并指出其结构性能的优势与不足,为进一步研究适用于油田小口径管道高效、稳定的内检测机器人提供参考。

面向环形管道的电力巡检机器人设计与环境建图

在大型水电站中,离相封闭母线(isolated phase enclosed bus,IPB)只能通过预防性试验对设备状态进行检查,难以目视外观检查。为解决这种密闭狭小空间的环形管道的巡检困难问题,提出一种可在水平、竖直段上行走的轮式攀爬机器人。首先,对攀爬机器人移动和附着方式进行对比分析,根据实际工况,选用轮式推力附着方式并基于该方式对机器人整体结构进行力学分析;通过搭建的模拟IPB管道内的运动实验。结果表明:巡检机器人满足水电站内IPB管道的检修需求且具有良好的适应性;设计基于柱坐标的点云配准方法,解决了管道内无法正确建图的问题,且计算时间优于激光雷达里程计建图(lidar odometry and mapping,LOAM)及迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法,拓展了激光雷达点云建图的应用范围。

桁架机器人系统的研发及其在电缆保护管仓储中的应用

介绍桁架机器人系统的研发过程及其在电缆保护管自动垂直存储中的应用,主要包括系统方案设计、仓储桁架机器人设计、仓储自动控制系统设计和其他主要部件的设计、分析及其制造工艺,其技术核心是多自由度的桁架机器人系统及仓储控制系统;详细介绍了仓储桁架机器人立柱及横梁、大车、小车、提升机构和手抓机构5个组成部分的结构设计及其技术参数,以及仓储自动控制系统的构成及原理。该桁架机器人系统首次实现了电缆保护管的自动识别、搬运及堆叠作业,大大降低了人员劳动强度,提高了工作效率,可精准控制电缆保护管的用量,促进了电力电缆保护管仓储智能化水平的提高。

巡检机器人在综合管廊智慧化上的应用

为了提升综合管廊运维的安全性与效率,本文通过介绍巡检机器人的功能模块设计及其在综合管廊中的安装与穿越防火分区设计,深入分析了巡检机器人在综合管廊智慧化过程中的重要应用。在功能模块设计方面,巡检机器人集成环境感知、实时通信等多项功能,确保了对管廊内部环境的全面监测。在安装过程中,特别考虑了防火分区的穿越问题。探讨巡检机器人与综合管廊智慧管控平台的深度融合。在综合管廊水泥结构缺陷检测方面,巡检机器人凭借其高精度的检测能力,显著降低漏检率。研究结果表明,巡检机器人在综合管廊智慧化中的应用不仅提升了运维效率,也增强了管廊的安全性,为城市基础设施的智能化管理提供了新的解决方案。

发电厂输煤管廊巡检机器人研究

发电厂是电力能源的生产主体之一,实现高质量发展应持续提升自身的生产运营能力。该文概述了发电厂输煤管廊,并剖析输煤管廊应用巡检机器人的重要性,分别从项目概况、需求分析、技术方案、模块功能、具体实施五方面,对某发电厂输煤管廊的巡检机器人的设计与实现情况进行了具体阐述。

海上嵌岩钢管桩内卷边切割机器人的设计研究

海上风电桩在基础打桩过程中,容易造成钢管桩下端内卷边,这会增加下插的阻力,须将影响下钻的内卷边切除,提高风电桩插桩效率。现阶段内卷边的处理多是潜水员下水切割,处理过程较为繁琐,难以应对复杂的工况,且有一定的危险性。为解决以上问题,设计了一种用于海上嵌岩式钢管桩内卷边切除的切割机器人。通过对钢管桩内卷边切割现有的施工工艺和施工作业要求进行分析,总结了内卷边切割机器人所需满足的设计要求,提出了适用于切割钢管内卷边的多轴联动机器人系统;确定了总体方案,对内卷边切割机器人的力学性能进行分析,并进行具体结构设计。基于SPH-FEM耦合算法,对磨料水射流切割钢管壁过程进行研究,确定切割工艺参数,对射流反作用进行分析,并结合切割参数进行算例验证。理论分析以及仿真模拟验证表明,所设计的内卷边切割机器人符合施工要求,能改善海上嵌岩式钢管桩内卷边的精确切除问题,有助于完善海上风电桩基础施工工艺的完整性,可为后续内卷边处理技术的发展提供经验。

复杂场地条件预制管桩高质量焊接接桩工艺研究

预制管桩因具有高强度、质量稳定和成本低等优势被广泛应用于各类建筑,其中高质量和高效率的焊接接桩对于充分发挥预制管桩的承载力具有重要影响。由于目前人工焊接接桩存在质量不稳定、劳动强度大以及效率不足等问题,因此研发了预应力管桩焊接机器人。本文在已有的研究基础上,为解决现有焊接机器人移动困难、复杂场地适用性不足等问题,研发了履带式管桩焊接机器人,并在具有复杂场地条件的软土地层管桩工程项目中进行了应用。为验证焊接接桩质量,开展了焊缝检测和桩基承载力测试。结果表明:履带版焊接机器人在复杂场地条件中移动灵活,有效节省了移动时间和施工成本,显著提升了焊接效率。焊缝检测、施工管桩静载和接头传力测试结果表明,采用机器人焊接接头传力稳定,焊接质量高,可以满足高质量管桩焊接施工要求。

基于PLC控制系统的油田修井作业移运油管机械手设计研究

我国油田修井作业中,人工辅助管柱的起、下操作存在危险性,且人工效率低下,为此,研制了一种修井作业移运油管机械手,以解决机械手抓取油管的难题。通过分析机械手的动作流程,确定了该机械手控制系统所需的输入/输出点数以及PLC的硬件型号,完成了I/O地址的配置,并设计了PLC的接线原理图和控制程序。研究成果对移运物体机械手的设计和应用具有一定的指导价值,并为修井作业机械化、自动化提供了良好的研究方向。

机械自适应管道机器人的机构原理与仿真分析

针对轮式管道机器人在遇到弯管或不规则管时会发生运动干涉的问题,提出将三轴差动轮系引入管道机器人驱动系统中,使轮式管道机器人具有对管道环境的自动适应性能,并对机械自适应管道机器人的机械结构进行了设计与研究.同时,对管道机器人进行了三维建模及运动仿真分析,验证了应用三轴差动轮系的管道机器人具有较强的弯管适应能力及管内运动的稳定性.该机器人具有适应能力强、结构紧凑、驱动效率高、工作可靠及成本低的特点.

管道机器人适应不同管径的三种调节机构的比较

为了使管道机器人能够适应管径为400～650mm的管道,介绍了3种适应不同管径的常用调节机构。分析了每种调节机构的力学特性,给出了计算结果,比较研究了各种调节机构的优缺点。针对工程需要,选用了滚珠丝杠螺母副调节机构,滚珠丝杠上的筒式压力传感器保证驱动轮和管道内壁间的压力始终处于稳定的范围,使管道机器人具有充裕并且稳定的牵引力,牵引力的实验表明该调节机构具有1404N的牵引力输出。该调节机构能很好地适应管径为400～650mm的管道。