1、為實現(xiàn)海洋平臺導(dǎo)管架T、Y、K型相貫接頭的自動焊接，設(shè)計了一種移動式五自由度焊接機(jī)器人。針對此類相貫接頭管徑大、管壁厚、坡口焊縫呈空間曲線的特點，以及Y、K型接頭的自動焊接過程中相貫管道與機(jī)械臂本體容易發(fā)生碰撞這一特殊情況進(jìn)行海洋平臺導(dǎo)管架相貫接頭焊接機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究:
　　通過對馬鞍形焊縫曲線進(jìn)行分析，結(jié)合相貫接頭管道切割標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行厚壁大管徑管道坡口的數(shù)學(xué)建模工作。進(jìn)一步根據(jù)相貫接頭坡口數(shù)學(xué)模型及其焊接規(guī)范進(jìn)行T、Y、K型接頭

2、的多層多道焊路徑規(guī)劃及焊槍姿態(tài)規(guī)劃的建模工作。
　　綜合考慮相貫接頭數(shù)學(xué)模型、K型接頭自動焊接的避障及海洋平臺導(dǎo)管架野外施工的具體需求，進(jìn)行自動焊接機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。進(jìn)一步通過建立該機(jī)器人運動學(xué)模型、本體工作空間分析確定機(jī)器人桿件尺寸。
　　針對該機(jī)器人有兩個控制焊槍俯仰姿態(tài)自由度的問題，采用兩步法進(jìn)行機(jī)器人逆運動學(xué)關(guān)節(jié)值的求解工作。提出采用曲線逼近法進(jìn)行相貫線焊縫長度求解，并在此基礎(chǔ)上計算機(jī)器人關(guān)節(jié)空間速度、加速度

3、，從而實現(xiàn)相貫接頭焊接機(jī)器人連續(xù)軌跡規(guī)劃。
　　針對K型接頭的自動焊接過程中可能存在機(jī)器人下臂在兩支管間狹小處會發(fā)生碰撞的問題，進(jìn)行相貫接頭焊接機(jī)器人碰撞檢測算法的研究。采用包裝盒法簡化空間曲面物體數(shù)學(xué)模型;采用矛盾不等式判別法判斷代表空間物體的兩個不等式組是否存在交集，以此判斷兩個物體是否發(fā)生碰撞。如果發(fā)生碰撞則通過計算機(jī)器人線條與管道表面間交點進(jìn)一步求解干涉位置。通過以上過程判斷機(jī)器人下臂是否與支管發(fā)生碰撞并量化碰撞情況。

4、r>　　對于機(jī)器人與管道間發(fā)生碰撞的情況，采用機(jī)器人下臂與另一側(cè)支管平行的策略初算機(jī)器人的避障軌跡。然后建立冗余自由度機(jī)器人運動雅可比，根據(jù)導(dǎo)數(shù)的極限定義對相貫接頭曲線進(jìn)行求導(dǎo)，建立機(jī)器人關(guān)節(jié)速度約束，采用分離空間法保證機(jī)器人運行軌跡連續(xù)。進(jìn)一步采用擴(kuò)展雅可比法，引入機(jī)器人關(guān)節(jié)限約束保證機(jī)器人關(guān)節(jié)值在有效范圍內(nèi)。最后以K型接頭的自動焊接為研究對象，采用簡化的人工勢場法建立K接頭自動焊接機(jī)器人的無碰撞連續(xù)軌跡規(guī)劃計算模型。
　　通過

5、分析相貫接頭自動焊接過程中存在的各種誤差及這些誤差對機(jī)器人焊接精度的影響，提出一種相貫接頭焊接機(jī)器人快速標(biāo)定方法。該方法首先通過示教相貫焊縫上一組隨機(jī)標(biāo)定點，然后采用模擬退火算法分別進(jìn)行主管、支管軸線方程的求解，最后根據(jù)兩管道軸線方程計算機(jī)器人和管道工件之間的相對位姿矩陣，從而完成相貫接頭焊接工作的快速標(biāo)定任務(wù)。
　　進(jìn)行相貫接頭焊接機(jī)器人本體機(jī)械設(shè)計，設(shè)計了兩個半圓結(jié)構(gòu)的剛性軌道結(jié)構(gòu)，采用偏心輪鎖扣結(jié)構(gòu)保證軌道在支管上的快速安裝

6、，采用彈性錐輪實現(xiàn)小車在軌道上的定位及裝卡。開發(fā)了開放式機(jī)器人控制系統(tǒng)，以工控機(jī)為核心采用多軸運動控制卡進(jìn)行機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制。在VC環(huán)境中使用Galil公司提供的動態(tài)鏈接庫編制了機(jī)器人控制軟件，并在Solidworks中進(jìn)行二次開發(fā)編制了相貫接頭焊接機(jī)器人離線編程軟件。
　　采用自保護(hù)藥芯焊絲焊接工藝在試驗室及現(xiàn)場進(jìn)行了實驗，實驗結(jié)果顯示所設(shè)計的機(jī)器人可以滿足相貫接頭的自動焊接要求，相貫接頭焊后焊縫成形美觀，能夠滿足海洋平