马晓磊 ，张 静 ，徐 山 ，薛 龙 ，黄继强 ，黄军芬

（1.中国铁建重工集团有限公司，湖南 长沙 410100；2.北京石油化工学院 光机电装备技术北京市重点实验室，北京 102617）

0 前言

盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。盾构机在制造过程中，焊接工作耗费时间多，且对盾构机的质量起决定性作用。目前国内盾构机的生产多采用手工焊接，生产效率低、质量一致性差，成为生产环节中的一个重要瓶颈。采用焊接机器人进行自动化焊接能够有效提高焊接质量和生产效率[1-3]，但是盾构机结构复杂，对焊接机器人的现场安装及其可达性提出了严峻的挑战。本研究针对盾构机的结构特点，开发了适用于盾构机的集焊接/切割为一体的全自动焊接/切割机器人。该机器人焊接规律性强、可达性好，并具有质量小、可移动性好、安装调试方便等优点。

1 焊接/切割机器人系统要求

盾构机主要由九部分组成，分别是盾体、刀盘、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备[4]。盾体主要包括前盾、中盾和后盾，盾壳厚度可达40 mm，属于厚板焊接。盾体焊接涉及的焊缝有后盾大长立缝、各类盾体的大环缝和前盾复杂单元体焊缝，如图1所示。基于盾体焊缝的特点，要求焊接机器人能够提供横焊、平焊、立焊三种焊接方式，可达性好，且能够实现多层多道焊接。另外对于后盾体的四条大型焊缝（见图1a），其工序为先纵向切割，产生四条焊缝，由于目前常用的焊缝切割设备过于简易，很难达到良好的机械化切割标准，给后续机器人焊接造成了很多麻烦，为此，所设计的焊接机器人增加了切割功能，并集成示教技术，以满足后盾体焊缝切割要求。……