第32卷第8期 2011年8月
焊接学报
TRANSACTIONS OFTHE CHINA WELDINGINSTITUTION
Vol.32 August
椭球压力容器开孔切割机器人运动控制算法
刘涛，王宗义'，杜宏旺，解巨军2
（1.哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨150001；2.大庆油田工程建设有限公司，大庆163712）
摘要：针对椭球压力容器开孔和坡口切割问题，研制了一种专用的四自由度开孔切割机器人介绍了切割机器人的机械结构及工作原理；利用空间解析几何原理建立了极坐标系下球壳体上开孔的相贯线数学模型：推导了坡口角度计算公式和变角度切制时四轴联动的控制算法；通过直线插补算法获得了机器人的理想运动轨迹；为克服切割机器人安装定位及壳体变形等误差因素，在理论计算的基础上，通过示教补偿对机器人的理论轨迹进行修正，结果表明，切割机器人实现了椭球开孔及坡口切割，切割质量满足工艺要求
关键调：切割机器人：坡口切割：相贯线计算：插补
中图分类号：TP242.3 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2011)08-006104
刘涛
1切割机器人结构及工作原理
在石油化工、船舶建造、锅炉等行业中存在大量的压力容器开孔切割技术问题，大都需开圆孔并切割出上下坡口，由于切割轨迹为复杂的空间相贯线，目前工厂多采用人工切割，劳动强度大，需手工打磨以保证坡口切割面光滑，因此效率很低，切割质量难以保证，为适应各种压力容器开孔及坡口切割的工程难题，急需研制出专用的开孔切割机器人，能够切割上下坡口，满足压力容器切割工艺的技术要求，已有相关文献对开孔切割机进行了研究，王宗义等人（1,2)研制了大直径筒体的开孔切制，其针对潜艇壳体开孔工艺，完成了圆柱壳体的坡口切制张格睿等人3研制了相贯线通用切割机，机构较复杂，不是采用数控切割制原理。压力容器切割机器人的核心技术是空间相贯线的多轴联动控制，需要针对具体的应用条件开发专用的数控切割软件，面已有的数控切割机大都采用通用的数控系统，需用户编程实现平面曲线及加工图形的切割，对于压力容器的复杂相贯线切割并开上下坡口则难以应付[4]
针对橘球壳体形状的压力容器开孔和坡口切割
问题，研制了四自由度切制机器人，进行了相费线推导计算，提出了四轴联动控制算法，解除了工人对
数控系统编程的束缚，具有广阔的应用前景，收稿日期：2010-0628
基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目（AF200921)；中央高校
基本科研专项资金资助项目（HEUCF100421）
万方数据
No.8 2011
切割机器人的机械结构由旋转机构、半径调整机构、垂直升降机构和枪摆机构组成。图1为切割机器人机械结构简图.图1中切割机可吊装在平板切割机上，也可吊装在十字伸缩臂上和筒单工艺架上.机械主体实现圆柱坐标运动，伸缩机构实现切割半径的长度调节，升降机构实现纵向切割高度运
1.升降电机；2.升降齿条；3.升降杆：4.升降滑轨：5.水平旋转轴； 6.轴承：7.电机支架：8.水平族转齿轮：9.螺母；10.伸缩导轨： 11.枪提齿轮：12.伸缩齿轮
图1切割机器人机械结构简图
Fig.1Mechanical sketch of cutting robot