马鞍形焊缝焊接机器人运动学分析及MATLAB仿真

运用Denavit-Hartenberg方法建立了以关节角为变量的马鞍形焊缝焊接机器人运动学模型,对马鞍形焊缝焊接机器人正运动学和逆运动学问题进行了求解分析;采用三次多项式插值的方法对焊接机器人进行了轨迹规划,通过MATLAB Robotics Toolbox工具箱对马鞍形焊缝焊接机器人进行了运动学仿真,得到了焊枪末端轨迹图以及关节角、角速度、角加速度与时间的变化曲线,验证了所设计参数的合理性,达到了良好的效果。     

弧焊机器人焊接姿态与工艺参数联合规划

在现有Motoman UP20弧焊机器人系统上进行二次开发,将人工神经网络技术成功地应用于弧焊机器人焊接姿态与焊接工艺参数的联合规划中.利用MATLAB神经网络工具箱对试验数据进行训练和仿真.凭借人工神经网络自学习功能,建立了焊接姿态与焊接工艺参数联合规划数据表.利用MATLAB软件编制程序,自动提取典型的马鞍形焊缝几何位姿,结合已有数据表编制机器人作业程序,进行马鞍形焊缝工件试焊.所得的马鞍形焊缝成形良好,与人工神经网络的仿真结果相吻合.     

狭小空间移动焊接机器人角焊缝跟踪的动力学控制

文中对移动焊接机器人在大型结构件中狭小空间的角焊缝跟踪控制问题进行了研究,首先,建立了焊接机器人在直角角焊缝处的运动学模型;然后,基于牛顿-欧拉方法分析了焊接机器人驱动轮、机器人移动本体及十字滑块的动力学行为,并建立了焊接机器人的整体动力学模型;最后,在对整体动力学模型合理简化的基础上,设计了焊接机器人焊缝跟踪控制的鲁棒PI控制器.应用MATLAB软件进行了仿真分析,并进行了试验研究,通过结果可以看出,该方法可实现移动焊接机器人在狭小空间内直角角焊缝的跟踪,且具有较高的跟踪精度.     

一种基于三维空间的焊缝跟踪精度评价分析方法

为了提高弧焊机器人的焊缝跟踪精度,提出了一种新的焊缝跟踪精度的评价方法,建立了基于三维空间焊缝的精度评价模型,该模型建立了焊接电流、焊接速度和焊枪高度等多个焊接工艺参数与焊缝跟踪精度之间的模型关系. 基于该模型,通过MATLAB对该模型进行仿真分析,验证了所提出精度分析方法和精度模型的正确性及有效性. 结果表明,在焊缝跟踪过程中焊接电流和焊接速度对焊缝跟踪精度影响明显. 该精度分析方法对于焊缝跟踪精度的评价具有一定的参照意义,并且在焊接工艺参数的合理选择时对焊缝跟踪精度具有重要影响.     

基于模糊控制的三自由度并联机器人的联合仿真

根据并联机器人的特点和仿真现状,提出一种MIMO模糊控制方法,对三自由度并联机器人进行控制和联合仿真.以Deahe并联机器人为例,应用Pro/E和ADAMS软件建立其机械系统模型,应用MATLAB软件建立MIMO模糊控制器和控制系统模型,并按照给定的目标轨迹对Dealte并联机器人进行模糊控制,在ADAMs/MATLAB软件里实现联合仿真.结果表明:采用模糊控制方法可以有效地减低控制误差,提高控制精度,减少响应时间,仿真结果较为理想.这种控制方法对更复杂并联机器人的控制具有指导意义.     

弧焊机器人运动学仿真软件的设计与开发

为提高焊缝跟踪的效率,降低焊接成本,开展了弧焊机器人运动学仿真的研究.本实验室中机器人为六自由度的弧焊机器人,应用Pro/engineer软件进行机器人单体建模,建成七个单体,然后导入到VRML中进行组合移动,在VRML中每个单体作为一个结点.在MATLAB环境下制作软件界面,运动角度及位置的精确移动也采用MATLAB进行矩阵运算,利用D-H方法和代数法求解机器人的运动学的正解及逆解问题.结合VRML和MATLAB,开发出高效低成本的弧焊机器人的运动学仿真软件.     

基于离线编程技术的机器人焊接干涉仿真研究

由于雷达底座具有复杂的内腔结构,在进行机器人焊接生产时容易出现机械结构对机器人手臂的干涉。本文采取KUKA Sim Pro仿真软件,应用离线编程技术,对雷达底座进行了机器人焊接的干涉仿真研究。模拟发现在底座内部的焊缝,特别是支撑板与圆筒连接的焊缝,容易出现干涉现象,机器人手臂不能正常到达;在底座外围的焊缝,不会出现干涉现象。与实际的机器人焊接过程进行对比发现,模拟过程中焊接机器人运行轨迹与现场实际焊接过程中记录的轨迹基本吻合,发生干涉的位置也基本一致。由此证明可以用软件的模拟仿真来指导实际产品的机器人焊接生产,提高焊接生产效率,减少焊接缺陷。     

基于MATLAB的KUKA焊接机器人轨迹规划与运动学仿真

在工业机器人的应用控制中,其作业轨迹的规划是系统设计的关键内容,为了使焊接机器人能根据设定的轨迹和速度进行高效施焊,以KUKA KR10 R1420型工业机器人为研究对象并分析其结构,采用D-H参数法建立各杆件坐标系,通过齐次变换矩阵建立机器人运动学方程。利用MATLAB机器人工具箱构建KR10 R1420型工业机器人的数学模型,并进行了轨迹规划和运动学仿真,获得平稳且连续的末端执行器轨迹和各关节的角度、角速度、角加速度变化曲线,仿真结果验证了所建KR10 R1420型工业机器人运动学模型的正确性和合理性,为焊接机器人在复杂环境中的轨迹规划提供了可供参考的方案。     

基于RobotStudio焊接机器人工作站仿真设计

以焊接机器人为研究对象,利用SolidWorks建模功能和RobotStudio仿真功能搭建了焊接机器人工作站。根据焊件的实际工况设置焊接系统参数,研究发现短路过渡的焊接方法适合薄板低碳钢的焊接。设计了供电供气系统,规划了焊接轨迹。为了提高机器人精度,采用TCP和Z、X法建立工具坐标,采用三点法设置工件坐标。创建了常用的I/O信号,并进行信号关联,使用焊接机器人专用的编程指令,编写完成了焊接程序。创建了碰撞监控,保证焊枪与焊件在示教和仿真运行时不发生碰撞。运用TCP跟踪功能验证了焊缝轨迹的准确性,调用计时器功能,记录焊接仿真时间。在示教器生产屏幕中不断优化焊接参数,从而得到理想的焊缝。通过对焊接工作站的仿真设计,有利于改善劳动条件,提高生产效率。     

基于单层神经元的移动焊接机器人焊缝跟踪方法研究

针对移动焊接机器人焊缝跟踪过程中不确定性因素造成的焊接精度不高的问题,阐述了焊缝跟踪的基本原理并得到了其误差模型,同时建立了基于速度误差的移动焊接机器人动力学模型。为缩短计算周期同时保证控制系统的自适应性,基于单层神经元网络设计了一种焊缝跟踪自适应控制器,并采用Lyapunov函数判定了系统的稳定性。通过MATLAB仿真试验验证了基于单神经元的移动焊接机器人焊缝跟踪方法具有较好的抗干扰性和鲁棒性,表明了所述方法的有效性和正确性。     

新型相贯线焊接机器人设计与研究

为了适应一定范围管径的相贯线焊缝的自动化焊接,设计一种通用型相贯线焊接机器人。设计空间均布的梯形铰链结构来适应一定范围管径的安装,使用具有自定心功能的二自由度手腕,在ProE中建立了五自由度相贯线焊接机器人模型。根据设计的机构为机器人建立D-H连杆坐标系,推导出模型正逆解,然后通过机器人关节的范围确定解的唯一性。通过MATLAB Robotics Toolbox机器人工具箱对机器人进行分析,为机器人建立ADAMS虚拟样机模型并进行仿真,提取了焊丝末端的速度曲线。结果表明焊丝端点合成速度波动不大,满足自动化焊接要求。     

焊接柔性加工单元中熔池的实时控制

机器人焊接过程中熔池实时控制系统是焊接柔性加工单元 (WFMC)中保证良好焊接质量的一个重要子系统。文中建立了WFMC中焊接质量实时控制子系统并实现了该子系统与WFMC中央监控计算机的实时可靠通讯。在获得了焊接熔池特征参数的基础上 ,建立了焊接过程熔池正面参数和焊缝背面参数的神经网络模型。模型根据熔池正面参数可实时预测焊缝背面宽度。并设计了神经元自学习比例求和微分(PSD)控制器 ,通过调整脉冲峰值电流 ,实现了机器人脉冲钨极气体保护焊 (GTAW )过程中通过正面熔池传感对焊接焊缝背面宽度的实时控制。控制试验证明控制器可有效地对焊接过程进行控制     

马鞍形焊缝焊接机器人设计与建模分析

针对目前马鞍形焊缝焊接装备灵活性差,自动化程度低,接头质量稳定性不足等问题,开发了一种新型的管外锚固式四轴焊接机器人. 通过对机器人机构合理简化建立了D-H连杆坐标系,推导了机器人的正逆运动学表达式,并结合机器人关节变量的限位值确定了逆运动学解的唯一性. 通过MATLAB软件对机器人运动学进行了仿真,仿真结果表明,推导的正逆运动学方程模型完全正确. 通过制作样机进行焊接试验,结果表明,焊缝成形致密美观,机器人焊枪末端在x,y,z方向的误差均在±0.35 mm以内,完全满足工程上自动化焊接的需要,为马鞍形焊缝焊接机器人的连续轨迹控制和离线规划提供了依据和算法支持.     

弧焊机器人焊接工艺参数设计系统研究

设计了基于BP神经网络的弧焊机器人焊接工艺参数设计系统,该系统可以由表征焊接形状的焊缝几何尺寸值映射出具体的焊接工艺参数.通过正交设计法采集样本数据,建立了对应的神经网络模型.利用已建立的网络模型,设计了焊接工艺参数.通过焊接实验,分析了焊缝几何参数理论值和焊接实测值的误差,结果表明所设计的网络具有一定的工艺参数设计能力,几何参数误差在允许范围内,焊缝成形效果良好.     

双机器人协同焊接管接头的任务规划及仿真

以船型焊(平焊)焊缝为约束,研究双机器人、管接头、焊枪及焊缝之间的空间位姿矩阵变换关系,建立了双机器人协调焊接坐标系、焊接机器人与夹持机器人的约束关系,对双机器人之间的协调运动做了理论分析。采用D-H变换矩阵法对双机器人协同焊接系统建立连杆坐标系并求解正运动学方程,然后,求出最佳协作空间,根据规划的空间焊缝离散点位置坐标矩阵,利用Matlab求解出机器人逆运动学的各个关节角值。以双机器人协同焊接管接头上的"马鞍形"空间焊缝为例,采用Solidwoks-SimMechanics联合仿真平台进行仿真实验,结果表明,仿真平台能够准确地完成双机器人协同焊接仿真任务规划和分析,验证了所提双机器人协同焊接运动学模型及参数求解的正确性。     

基于有限元法的管廊模具侧模焊接参数优化

为减少管廊模具的焊接残余应力,利用有限元分析软件ANSYS分析焊接参数对模具侧模焊接残余应力的影响,并使用正交试验、有限元仿真和回归分析相结合的方法对焊接参数进行优化。首先在ANSYS中建立模具侧模的简化模型;然后设计正交试验方案并进行仿真试验,得到各参数下的等效焊接残余应力,通过MATLAB软件以焊接残余应力为衡量指标建立其与各焊接参数的回归关系模型;最后利用该模型对焊接参数进行优化。结果表明,焊接速度为4 mm/s,焊接电流为240 A,焊缝数量为7时,模具的残余应力最小,为管廊模具的设计提供了理论依据。     

管内锚固式相贯线专用焊接机器人

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空问焊缝.针对管道插接焊缝的特殊焊接工艺要求,采用串并联混合方式设计了一种新型的5自由度焊接机器人.机器人以管道内壁为锚固对象,实现了机器人锚固、运动机构、焊枪姿态调节机构和送丝机构的一体化设计.机器人利用3个关节对焊枪位置进行控制,利用2自由度的自动定心手腕机构对焊枪进行姿态控制,实现了焊枪位置和焊枪姿态的独立控制.针对该专用焊接机器人,建立了焊接机器人的运动学模型,给出了机器人运动学模型解法.实际焊接试验表明,该焊接机器人锚固牢固、定位准确,焊接过程可控性好,控制模型能够满足空间相贯线焊缝的焊接工艺要求.     

双机器人协调焊接任务规划及仿真

针对复杂曲线焊缝,对一台机器人夹持待焊接的工件,另一台机器人对物体进行焊接的双机器人协调焊接运动问题展开研究,建立了双机器人协调焊接坐标系,采用非主从式运动学轨迹规划,给定待焊接物体上某一点u的位姿,通过点u到焊接机器人和夹持机器人工具末端的两个约束矩阵,分别计算得到焊接机器人和夹持机器人的末端轨迹;焊接过程采用船形焊缝约束,保证焊枪与焊缝在弧焊过程中始终处于接头成形良好的位置,建立双机器人协调焊接Solidworks-SimMechanics仿真平台,并对一个管道直角钢制弯头的协调焊接进行了运动学轨迹规划和仿真.结果表明,建立的平台能精确和有效地对双机器人协调焊接运动进行任务规划和分析,机器人运动轨迹与规划的轨迹一致.     

移动焊接机器人焊缝跟踪控制系统设计

为提高移动焊接机器人的焊缝跟踪精度,结合RBF神经网络和PID控制设计了一种焊缝跟踪控制系统。介绍了焊接机器人系统组成并建立了相应的运动学模型,重点论述了RBF神经网络结构以及控制器的设计方法。通过神经网络在线辨识梯度信息,根据梯度信息在线调整比例、积分、微分系数,以提高系统控制性能。仿真结果表明:采用所述控制方法,能较好地实现复杂轨迹跟踪。在焊缝跟踪过程中,移动焊接机器人运行平稳,具有较高跟踪精度。     

大型三维复杂构件双机器人协同焊接智能路径规划方法

大型三维复杂构件是船舶、海洋装备、集装箱等的重要组成部分,其焊缝种类较多、空间分布复杂,部分焊缝存在协同同步弧焊焊接、焊接方向等特殊焊接工艺约束,现有协同焊接规划方法难适用于这类复杂场景。提出全局与局部相结合的双机器人协同焊接路径规划多阶段寻优方法;建立复杂构件三维空间焊缝模型以及双焊接机器人协同模型;根据协同同步焊焊缝的数量将构件划分出相应数量的分块,通过蚁群算法求解每一焊接分块的局部路径规划近似最优解;通过遗传粒子群算法进行多分块间的全局路径规划。仿真结果表明:通过分块划分多阶段寻优的方法可以有效地解决特殊焊接工艺约束下的大型三维复杂构件双机器人同步焊接路径规划问题。