6R工业机器人在球管相贯焊接中的轨迹规划

球管相贯焊缝是典型的、复杂的空间曲线。建立简便、准确的相贯线数学模型,是满足焊枪头在加工过程中对姿态要求严格的前提。针对6R工业机器人的特殊结构和在加工过程中焊接工艺的要求,提出了一种控制焊枪头位置和姿态的连续轨迹规划方法,并根据球管相贯的模型特点,给出了一种由球面上三点确定相贯线的焊枪位置插补算法。最后对机器人的轨迹规划方法进行实验分析,证明了该轨迹规划方法能够完成焊接头位置和姿态的有效控制。该方法控制简便、计算量小、通用性强,对工业机器人在加工相贯线焊接时的轨迹规划有重要的参考价值。     

关于机器人焊接路径规划优化的研究

焊枪与焊缝相对位置关系以及机器人运动平稳性直接决定焊缝质量,论文采用变位机调整焊枪与焊缝相对位置,并且通过建立机器人运动平稳性函数优化机器人运动平稳性,综合焊接位置,机器人位置建立综合目标优化函数进行焊接路径的优化。采集的数据显示在焊枪与焊缝在最优位置附近的情况下,机器人运动平稳性有着显著提高。结果表明,基于粒子群算法对焊接路径进行优化操作能够提高机器人加工过程的平稳性,可以提高焊缝质量。     

焊缝位姿及焊枪位姿的模型

针对机器人弧焊条件下的特殊要求,建立了焊缝位姿和焊枪位姿模型,以坐标系的形式定量描述焊缝及焊枪的位置和方向,确定了能够准确且严格地描述焊缝的焊接位置和焊枪姿态的参数：焊缝倾角、焊缝转角及焊枪工作角和行走角,并给出了计算方法。上述参数不但计算简便,而且可以直接代表焊接位置和焊枪姿态对焊接质量的影响因素。模型对于焊接工艺的建模与仿真以及机器人焊接的建模与离线编程具有非常重要的意义。     

弧焊机器人系统的相交管路径规划

基于ABB1410弧焊机器人系统,研究了实现自动焊接相交圆管接缝的路径规划技术。在工件坐标系下建立了相应的数学模型,针对机器人焊接相交管的空间曲线焊缝的特点,结合弗莱纳-雪列三元空间矢量原理,求出了该空间焊缝路径上各离散点的位姿矩阵,并对焊枪的焊接姿态进行了规划。同时,给出了一种在实际焊接时标定斜交管坐标系和机器人基座标系之间关系的方法。利用Robot Studio软件对焊接运动轨迹进行了动态仿真和离线编程,实际焊接实验证明了所研究的路径规划算法的可行性,提高了焊接机器人各关节运动的平稳性,对实际生产有一定意义。     

基于遗传模拟退火算法的弧焊机器人系统协调路径规划

深入地研究了弧焊机器人系统的协调路径规划。从全局的角度用5元组序列描述了焊接路径。设计了评价 焊接路径目标函数:焊接位置函数、焊缝成形质量函数、关节位置函数和运动平稳性函数。以线性加权法为求解 多目标规划的基本思想,把遗传模拟退火算法用于弧焊机器人与变位机协调路径规划,取得了很好的效果。协调 路径规划精确地保证焊缝的最佳焊接位置与最佳的焊枪姿态,并能找到柔顺的焊接路径,提高了机器人焊接的质 量和效率。     

焊缝跟踪应用的线激光视觉伺服控制系统

设计了一套由三轴直角坐标机器人、线激光传感器和工业计算机组成的焊缝跟踪系统。研究了该系统所涉及的测量原理、特征点测量方法和基于模糊自适应的控制方法。通过高斯核相关算法(KCF)在焊接过程中实时检测焊缝特征点,并根据测量原理计算获得特征点相对于相机坐标系的三维坐标值。设计了一种自适应模糊控制器,通过自适应模糊控制器计算坐标的偏差值和偏差变化率得到焊枪末端运动轨迹的控制量,同时对模糊控制器的输入输出论域、模糊规则和隶属函数进行实时动态更新。实施了焊缝跟踪实验。结果显示:采用最大焊接电流为350 A的惰性气体保护焊(MIG),在强烈弧光和飞溅的干扰下,该系统能实时跟踪焊接工件,跟踪精度为0.325 3mm,传感器测量频率为20Hz。焊接过程中焊枪末端运行平稳,焊缝轨迹跟踪准确,且抗干扰能力,能满足焊接应用要求。     

弧焊机器人焊枪姿态的简便示教

弧焊机器人焊接空间搭接焊缝时,对于焊枪姿态的示教往往占据了大量的示教时间。为此,提出一种焊枪姿态的简便示教方法。该方法采用根据几何约束计算焊接时焊枪姿态的思路完成焊枪姿态的示教。先以任意焊枪姿态对焊缝进行位置示教,然后根据焊缝的切向矢量和焊接工艺要求的焊枪角度计算出焊接时的焊枪姿态。对于三维曲线焊缝,只有当局部焊接平面与基坐标系的Oyz平面不垂直时,需要进行简单的焊枪姿态示教,示教时只须调整机器人绕工具坐标系一个轴转动的角度即可完成。使用该方法可以显著地减少示教难度和示教时间,提高姿态示教的精度。详细介绍焊枪姿态的描述方法、焊接方向角的计算方法和焊枪姿态的调整方法等关键技术。使用搭接曲线焊缝进行试验验证,证明了该方法的可行性。     

激光传感的机器人多层多道焊路径规划

由于工件的定位误差以及坡口加工误差导致离线编程中事先规划的运动路径和实际路径存在偏差,针对上述问题提出一种基于激光传感器获取焊缝信息自适应调整焊枪位置和姿态来纠正上述偏差的方法。首先从IGES格式文件中提取表示焊缝位置的图元信息,采用等弧长原则对曲线图元进行离散,并用直线插补方式指导激光传感器对工件扫描。根据扫描获取的焊缝位置信息自适应修正机器人目标点的位置和姿态并再次对工件扫描,获取工件坡口特征信息。最后根据坡口特征参数及焊接工艺的要求,确定其它焊道的偏移量,对修正后的基路径偏移及对焊枪姿态的调整,实现多层多道焊路径自动规划。     

基于旋转电弧立焊装置设计与轨迹规划

设计了一种基于旋转电弧的竖直焊缝焊接机器人机构,采用了工业计算机与运动控制卡进行控制;水平和竖直滑块各采用一个步进电机进行控制,利用滚珠丝杠传动,竖直电机带有刹车,防止竖直滑块下滑,以此提高各滑块的精度和焊接跟踪质量;焊枪由步进电机控制旋转,因此可以在焊接过程中进行焊接姿态调节,能够焊接上下两端的角点,增加操作的灵活性,提高使用性能。焊接过程较为平稳,焊缝成形良好。     

基于焊枪与熔池耦合模型的焊工调控行为研究

模拟解析有经验高级焊工焊接行为并实现抽象焊接行为的程序化无疑是快速发展机器人智能化焊接的优选路径之一。而同步传感测量焊工焊枪姿态和熔池状态是实现焊接行为程序化的关键。针对现有焊枪姿态和熔池特征测量系统的独立性及焊工与熔池交互过程的同步耦合分析需求,建立了传感器-万向节-焊枪钨极尖端三坐标系间的数学转换模型和熔池与焊枪钨极尖端运动坐标的双向耦合模型。通过预设机器人焊枪姿态摆动试验验证了双向耦合模型的有效性和准确性。在时空同一坐标下对比分析了不同焊接水平焊工对熔池状态的调控行为和焊缝成形质量的控制能力。结果表明,利用熔池-焊枪双向耦合模型可以获得能够表征焊工操控焊枪空间运动的较准确姿态样本数据;经模型转换的焊工操控焊枪α、β角与机器人摆动预定值的误差均小于1.2°,γ角误差约为1.5°;未经实操培训焊工操控焊枪规范性差,调控熔池动态平衡表现出调节时刻和规律的高随机性,对熔池状态动态评估能力极其匮乏,无法保证焊接过程稳定和高的焊接质量;经长期实训焊工运枪动作规范、规律性强,对熔池状态动态评估能力丰富和强的交互意识,全焊接过程能够保持熔池形态的稳定和焊缝的全熔透。