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。     

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。     

箱型钢结构轨道式焊接机器人D-H模型与连续轨迹规划

针对箱型钢的结构特征和焊接过程特点,设计了一款5自由度的轨道式焊接机器人,用于箱型钢结构安装现场的自动化焊接. 采用D-H法,建立了机器人运动学模型,并通过特定的代数方法进行了逆运动学求解,推导出了焊枪末端的空间位姿参数与焊接机器人各关节变量的解析关系模型. 在此基础上,采用连续路径运动的轨迹规划法,在给定焊枪末端轨迹时,对各关节的运动情况进行了MATLAB仿真研究. 结果表明,导出的逆运动学求解模型可用于箱型钢结构焊接机器人的连续运动轨迹和姿态规划和控制,为实施机器人的运动控制奠定了基础.     

焊接机器人运动学仿真及控制系统研究

为了提高焊接机器人的编程效率并保证焊接质量，对机器人运动学仿真和控制系统进行了研发。首先采用D-H参数法建模并对焊接机器人进行了正逆运动学求解，然后通过构建焊缝坐标系的方法对相贯线的自动路径规划进行了研究，并利用PC SDK与机器人控制器进行通信。基于Visual Studio C#平台结合OpenGL实现了机器人的运动学仿真、自动路径规划和远程弧焊控制功能。最后通过RobotStudio对该系统的基本功能进行了验证，结果表明系统准确可靠且满足焊接机器人的工作要求，较大地提高了作业效率，为机器人仿真和远程控制系统的开发提供了解决方案。     

水下焊接机器人弧线轨迹平顺运动控制策略

在水下焊接机器人的弧线焊接过程中,为提高焊接质量、改善焊接效率,提出一种弧线轨迹平顺运动控制策略.首先建立焊接机器人的D-H数学模型,推导了机器人的正逆运动学公式,并简化了机器人正运动学公式;然后提出一种6维空间矢量法表示机器人末端的位姿;最后在笛卡尔空间下,采用带抛物线过渡的线性插值方法对机器人的空间位姿进行插补,合理规划了每个路径点对应焊接机器人各个关节的速度、加速度.采用以上控制策略进行水下焊接试验.结果表明,所得焊缝平整光滑,提高了焊接质量,缩短了焊接时间.     

MOTOMAN-UP系列机器人离线编程系统

采用VISUAL C 6.0及OpenGL技术开发了MOTOMAN-UP系列弧焊机器人离线编程系统.建立了MOTOMAN-UP系列机器人D-H坐标系及连杆参数表,编写了运动学逆解模块;针对典型马鞍形工件的特点,规划出焊枪的运动路径与姿态,且按比例同步显示工件;集成了机器人通信模块MOTOCOM32和运动学仿真模块ROTSY并同步导入马鞍形工件,不仅能单步生成作业指令,且可自动生成作业程序.通过对焊接过程进行离线仿真试验及传输作业实焊,验证该系统是切实可行的.     

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.     

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。     

旋转电弧机器人V形坡口焊缝跟踪模型与仿真

通过建立旋转电弧传感器扫描V形坡口焊缝时焊枪空间姿态数学模型,提取焊枪三维信息,根据V形坡口焊缝特点,推导出焊枪纠正偏差后ABB机器人的工具坐标系相对于基坐标系的变换矩阵,结合机器人逆运动学,建立了ABB机器人对V形坡口焊缝跟踪纠偏的数学模型,并针对该模型的求解提出了一种渐进粒子群优化算法,利用LABVIEW并结合该算法对该模型进行仿真分析,得出了左右、高低跟踪偏差. 结果表明,模型具有准确性、有效性以及该算法的高效性,为旋转电弧传感器与ABB机器人相结合对V形坡口焊缝进行自动焊接提供了理论依据.     

马鞍形曲线自动焊接四轴联动插补算法

介绍了一种马鞍形曲线自动焊接系统的工作原理、系统结构、插补算法和仿真结果.设计了具有τ,γ,ρ,σ四自由度的马鞍形曲线自动焊接系统结构,通过四轴联动控制,控制焊枪运动轨迹和姿态,实现马鞍形曲线焊缝的自动焊接.在对系统运动学模型的分析基础上,利用四轴联动及空间解析几何原理,建立了马鞍形曲线焊接时的轨迹和焊枪姿态控制的数学模型,提出了马鞍形曲线自动焊接四轴联动插补算法.对马鞍形曲线实例进行了算法的仿真分析.结果表明,算法具有理想的轨迹控制精度和姿态控制精度,实现了马鞍形曲线的直接插补.     

逆向驱动焊接机器人NURBS轨迹规划

针对焊接机器人逆向运动学不易求解且多解或无解的缺点,提出一种基于ADAMS和MATLAB的逆向驱动轨迹规划方法,并采用非均匀有理B样条(non-uniform rational B-splines,NURBS)进行关节曲线拟合,并进行焊接机器人的运动学仿真.结果表明,与正弦曲线和五次多项式等传统规划算法相比,逆向驱动NURBS轨迹规划算法,获得的各关节角位移曲线光顺性较好,机械手各方向的位移误差均较小,误差小于1 mm,从而快速准确实现焊接机器人的预期轨迹,为焊接机器人轨迹规划提供了一种新思路.     

Automatic teaching of stereovision-guided welding robot using ant colony optimization algorithm

A binocular stereovision system with a linear laser emitter is developed to detect seam position and its orientation, employing acquired 3-dimensional seam data, the automatic teaching of welding robot is implemented using a controlling strategy based on ant colony optimization(ACO) algorithm, in which the angle increment of robot joint is discretized as the nodes of ACO graph and a corresponding pheromone updating strategy is presented. The experimental results for curvilinear seams and saddle-shaped seams show that the automatic teaching of welding robot can be successfully completed using the ACO-based controlling strategy under the guidance of stereovision, and the welding trajectory generated by the proposed method has higher accuracy and less setting time compared with conventional proportional-integral-differential (PID) controller and fuzzy controller.     

基于雷塞控制系统的五轴焊接机器人的轨迹规划

运用Denavit-Hartenberg方法建立了以旋转关节关节角和移动关节移动分量为变量的基于雷塞系统的五轴焊接机器人运动学模型,对五轴焊接机器人正运动学和逆运动学问题进行了求解分析;采用抛物线过渡的线性插值法对焊接机器人进行了轨迹规划,通过MATLAB Robotics Toolbox工具箱对五轴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。     

集装箱波纹折线焊缝的三自由度焊接机器人逆运动学分析

针对集装箱波纹折线焊缝的焊接难题,设计了一种三自由度焊接机器人.本文在D-H齐次变换矩阵的基础上,对焊接机器人进行运动学逆解.机器人通过3个关节的协调动作,可使固联在末端效应器上的焊枪保持一定的焊接姿态,为保证焊接质量的一致性提供了理论基础.通过Matlab软件仿真,控制各个关节按照给定规律运动,在Matlab环境下实现了恒定焊接速度下的轨迹的跟踪.     

面向压力钢管维护作业的爬壁机器人焊接运动轨迹研究

介绍一款面向压力钢管维护作业的爬壁机器人,对其运动学特性进行分析。介绍机器人的机械结构和控制系统,然后采用D-H参数法建立机器人运动学模型,构造运动学正解方程,并采用Robotic Toolboox对机器人正逆运动学方程进行求解,在线显示机器人三维仿真图像,分析各关节的位移、速度及加速度曲线,并对机器人末端轨迹进行规划,从而验证了机器人结构的合理性。     

点焊机器人复杂轨迹逆运动学组合优化求解

针对6自由度点焊机器人复杂轨迹上多点焊接作业时的逆运动学组合求解问题,通过构建机器人运动学模型的非线性方程组,提出了一种离线编程的变进制变步长求解可逆优化迭代算法.该算法在给定位置优化目标下,每次迭代过程中,逐步缩小机器人每个关节变量变化值,同时依次做"前进、后退、保持一步"的试探判断策略,逐步迭代计算得到满足精度要求的数值解.通过对六自由度点焊机器人在复杂轨迹上作业的数值模拟,证明该算法设计简单,求解效率高,而且能在多组非线性方程组中优化组合所求数值解,同时保证机器人关节运动的平稳性.     

轨道式焊接机器人的虚拟样机设计与仿真

针对受损的水轮机叶片等具有空间复杂曲面结构,在其安装位置直接进行修复工作,设计了一种基于移动平台的焊接机器人虚拟样机。为确定焊枪末端与机器人6个关节之间的运动关系,建立虚拟样机DH坐标系,借助Matlab软件得到运动学方程正、逆解。将在Solid Works软件中建立的焊接机器人三维模型,导入ADAMS仿真软件进行运动学分析。仿真结果表明:机器人在狭窄空间启动时,由滑动、转动关节运动引起的焊枪末端空间位移变化小,速度、加速度曲线变化平缓,无任何突变,证明了该虚拟样机设计的有效性,满足基坑内的焊接工作要求。     

多臂协同焊接机器人运动学逆解及误差分析

为了实现飞机双曲度壁板与桁条之间T形接头双侧焊缝的精准焊接,提出基于神经网络的多臂协同焊接机器人逆运动学求解方法.在构建多臂协同焊接机器人DH模型并进行有效性验证的基础上,考虑焊接机器人各关节运动范围,获取样本数据.基于BP和RBF神经网络,将18个关节子空间映射到三条机械臂末端作业空间,把高维、非线性逆运动学求解问题转换为多输入多输出预测模型.对两种神经网络模型求解效果进行对比.结果表明,基于神经网络的多臂焊接机器人运动学逆解求解结果精度高,其中BP神经网络求解速度更快,而RBF神经网络的预测效果更好.     

基于轨道焊接机器人的马鞍形焊缝焊接技术研究

结合自行研制的轨道式全位置焊接机器人,分析了马鞍形焊缝焊接运动轨迹及马鞍形焊接运动数学模型,探讨了其运动系统工作原理和四轴伺服驱动系统控制的柔性功能,提出了利用该机器人解决马鞍形坡口焊接的技术方案,并设计了基于示教功能和基于数学模型马鞍坡口控制器,成功应用于马鞍形坡口的现场焊接实验,取得了预期的结果。     

液压支架油缸内壁缺陷修复机械臂的运动学分析与仿真

针对矿用液压支架油缸内壁局部缺陷修复,设计一种能深入液压支架油缸筒内进行内壁修复的焊接机械臂。基于改进D-H参数建模方法,对设计的内表面修复焊接机械臂进行运动学建模,并求解了内表面修复焊接机械臂的正、逆运动学。借助MATLAB软件,采用蒙特卡洛法,对该焊接机械臂的有效工作空间进行了仿真分析,利用Robotics Toolbox工具箱对油缸内壁缺陷修复机械臂进行关节轨迹规划,通过仿真得到各关节的角位移、角速度、角加速度曲线。仿真结果表明：该机械臂运行平稳,轨迹连续,满足运动学要求。