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。     

基于多目标遗传算法的双机器人协调焊接路径规划

对双机器人协调焊接复杂空间焊缝路径规划问题进行研究,提出了一种基于多目标遗传算法的焊接路径规划方案。通过分析影响焊缝质量及机器人运动平稳性的各 参数,建立了评价焊接路径的目标函数：焊接质量函数、机器人运动平稳性函数以及双机器人碰撞函数。利用多目标遗传算法对协调焊接路径进行求解,实现对双机器人最佳焊接路径的规划。以"马鞍形"空间焊缝为例,对双机器人协调焊接路径进行了试验验证。结果表明,该方案可实现双机器人协调焊接路径的规划。     

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。     

工业机器人在五星脚焊接加工中的轨迹规划

五星脚的焊接加工过程中,对焊枪的运动路径和姿态要求非常严格,使用传统的焊接方法,焊接质量不稳定,焊缝不尽美观,且效率低。基于工业机器人的关节结构和焊接加工过程中的工艺要求,建立相应几何模型,研究了五星脚焊缝相贯的曲线方程,及工业机器人在焊接过程中运动轨迹控制的插补算法,实现了机器人姿态和焊枪位置连续轨迹的规划和运动控制。实验结果表明,工业机器人焊接过程流畅没有停顿,运动轨迹和规划轨迹吻合度很高,可获得良好的焊缝质量。该研究对工业机器人在五星脚的焊接加工及同类零件焊接加工具有很好的应用参考价值。     

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。     

一类多目标焊缝跟踪优化模型和算法

针对焊缝跟踪过程中姿态的调整与规划问题,以移动焊接机器本体与焊枪为研究对象,在构建轮式移动焊接机器人的本体运动学模型基础上,考虑滑块滑长与焊枪长度等制约因素,以优化跟踪精度与速度为目标,建立了焊缝跟踪多目标优化模型。根据焊缝跟踪问题特征,设计了遗传算法,定义了编码结构,产生初始种群,构建了适应度函数。通过MATLAB进行仿真验证,并与BP神经网络进行对比,仿真结果表明该方法在加快焊缝跟踪速度、提高焊接精度方面的有效性。     

轨道式焊接机器人工作站在压力容器焊接中的设计

针对压力容器的环焊缝焊接工艺特点及问题,设计了一种基于轨道式全位置智能焊接机器人的焊接工作站,将焊接机器人与压力容器焊件通过轨道实现位置关联,脱离了传统的焊枪与焊件分离的方式,减少了焊接过程中焊枪与焊点的相对位置因机械振动、制造工艺缺陷等问题而产生的位置变化量,提高了焊接位置的准确性。     

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。     

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。     

多孔口罐盖焊接机器人运动模型研究

介绍了多孔口罐盖焊接机器人系统的结构组成和工作原理,通过建立空间坐标系分析了相贯线接缝空间位置特点,推导出了机器人与变位机协调运动下的焊枪末端位置方程和焊枪姿态方程。这些运动模型对多孔口罐盖的焊接具有通用性,对焊接精度的控制具有重要意义。     

基于视觉跟踪的大型容器焊接机器人的研制

研制了一种基于 CCD视觉焊接轨迹跟踪技术的无导轨焊接机器人。该机器人由新颖的 CCD视觉传感器来实时检测机器人行走机构与焊枪的跟踪位置偏差量 ,并据此由微机控制系统实现对机器人行走机构与焊枪的二级自动跟踪。该机器人采用永磁式柔性磁轮机构作为支持行走单元 ,使焊接机器人具有了节省导轨、轨线适应性强的优点。焊接工艺评定试验结果表明 ,此焊接机器人自动跟踪精度高 ,焊缝质量好 ,工作稳定可靠。     

基于视觉感知管道环焊机器人

为了保证管线钢全位置焊接过程的稳定及良好的焊接质量,采用IGBT逆变式弧焊机对基于视觉感知管道环焊机器人系统的焊接电源进行了配置,并利用开发的管道环焊机器人对管线钢进行了焊接工艺实验,研制出一套可行的焊接工艺参数及控制参数.实验结果证明,实际焊接时管道环焊机器人的焊接参数稳定,焊枪能够准确地跟踪焊缝,并自动完成全方位焊接.焊缝的质量完全满足管线钢焊接工艺要求.     

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。     

一种适合焊接专机的激光焊缝跟踪应用

为确保焊接过程中焊枪始终沿焊缝运动,提升焊接质量,采用基于主动视觉传感技术的新一代激光视觉传感器实时采集焊缝轮廓的图像,由传感器控制柜按在PC界面上选定的算法进行图像处理与特征识别,提取焊缝跟踪点的位置坐标,并根据标定的参考位置和预设的比例关系转化为模拟电压量输出,进而驱动十字滑台上的伺服电机带动焊枪做出相应的纠偏动作。可编程逻辑控制器(PLC)被用来实现焊枪初始定位、滑台的手动控制与自动跟踪模式切换、安全互锁等功能。最终建立了一套适用于焊接专机的焊缝自动跟踪应用系统。实验结果表明,该系统安全实用,具备了良好的实时跟踪能力。     

焊接机器人在铝制板翅式散热器主焊缝焊接中的运用

介绍了焊接机器人在铝制板翅式散热器主焊缝焊接中的运用,通过优化焊接机器人焊接工艺,采用单层焊接替代手工TIG双层焊接,其单层焊熔深可达到4.0 mm~4.5 mm,单层焊时焊枪的焊速可达到350 mm/min~500mm/min,其焊缝爆破与压力交变强度满足铝制板翅式散热器主焊缝强度要求,焊缝外观成型良好,效率高,质量稳定可靠,同时也降低了工人的劳动强度。     

空间曲线自动焊接系统设计

基于Rhinoceros软件生成的工件曲面模型,使用Grasshopper软件平台对工件模型进行焊接曲线提取及焊接路径规划,输出路径规划结果数据,所得数据输入控制系统对机械结构进行驱动控制;机械结构采用两自由度移动机构控制焊枪位置保证焊枪始终从焊点正上方焊接,两自由度旋转机构控制工件位姿使焊枪处于最有利于避开工件干涉的位姿,两套机构运动配合实现空间曲线的自动连续焊接,提高了焊接质量、简化了路径解算方法。     

汽车零部件点焊柔性工作站的仿真应用

论述了Process Simulate仿真技术在汽车零部件点焊工作站开发中的应用,详细介绍了建模流程、仿真运动分析和离线编程。利用Process Simulate仿真平台,进行精确的布局优化、焊枪干涉检查和夹具优化,保证机器人工作站后期实施的可行性。详述了机器人焊接路径优化与离线编程技术。实际应用表明:Process Simulate仿真技术可以保证焊接工作站开发与实施的可行性、高效性和安全性,提高生产效率。     

基于视觉传感的机器人焊缝纠偏控制系统

针对工业机器人多层多道焊缝纠偏问题,提出一种基于视觉传感的人机互动机器人焊缝纠偏方法,并建立相应的视觉传感焊缝纠偏控制系统。该系统主要包含视觉传感采集及标定和机器人焊缝纠偏控制两个子系统。将工业相机安置在焊枪上得到拍摄的实时焊接图像,然后利用Windows Forms开发的焊接监控软件,工作人员通过观察监控界面,能够对焊枪偏离焊缝是否超过允许范围做出判断,再通过控制面板发出纠偏指令传送至可编程逻辑控制器(Programmable logic controller,PLC),PLC向机器人控制器发出控制信号,机器人调用"机器人传感器接口"(Robot sensor interface,RSI)的信息流,将PLC控制信号转化为机器人末端偏移量并执行,使焊枪调整至合适位置,达到焊缝纠偏控制目标。在验证试验过程中,该系统反应较灵敏,焊缝纠偏准确度较高,整个过程运行平稳,焊缝成形质量良好。     

基于CAD/CAM技术的五轴焊接机器人轨迹规划

针对焊接机器人逆向运动学求解困难且多解或无解的缺点,提出一种基于CAD/CAM技术的轨迹规划方法,综合运用CAD三维建模技术和CAM后处理技术,实现焊接轨迹和焊枪位姿的曲线插值计算,准确得到机器人各关节的运动参数,并通过MATLAB软件对焊接轨迹与焊枪位姿进行仿真。通过仿真验证,分析焊接机器人各关节运动学参数的变化情况,并与理论数学模型进行对比,验证了数据的准确性和可靠性,为实现对不同类型相贯线焊缝的轨迹规划提供了理论依据。     

结构光传感器在机器人焊接中的应用

焊接机器人是实现焊接自动化的重要的标志。当前,在工业生产中应用的焊接工业机器人一般采用示教或者离线编程的方式对任务进行路径规划和运动编程,机器人工作过程中只是简单的重复预先编程设定的动作。当焊接工件的状态（焊缝的位置发生偏差）发生变化时,焊接的质量很难得到保证,焊接传感器是解决这一问题的主要手段。为了提高焊接机器人的智能化和自动化,世界上许多国家焊接研究机构开发焊接过程控制系统,而焊缝跟踪技术是焊接过程控制系统的首要问题。随着几十年电子、软件技术的发展,焊缝跟踪技术已经取得了长足的进步,并且在焊接中得到成功应用。