焊接机器人智能化关键技术与研究现状

综述了国内外智能化机器人焊缝跟踪关键技术,重点阐述了焊接机器人的研究现状,介绍了焊缝自动跟踪、多机器人协调、离线编程与运动仿真、虚拟现实等关键技术,对焊接机器人的未来发展趋势作了展望。     

变位焊接机器人系统的运动建模及分析

研究变位焊接机器人系统的同步协调运动的实现。在SolidWorks2010软件中建立了该机器人系统模型,同时给出了其同步协调运动的算法和实现步骤;以半球面空间螺旋曲线为焊接路径,对机器人与变位机的同步协调运动进行仿真分析,发现焊枪末端能够以较高精度和较好位姿跟踪该焊缝曲线,为变位焊接机器人系统的同步协调运动的实现提供了理论依据。     

基于Roboguide平台的焊接机器人增材制造虚拟仿真研究与应用

为研究基于Roboguide平台的焊接机器人增材制造中的虚拟仿真技术,通过Roboguide平台进行焊接机器人离线编程,进行轨迹规划仿真的试验,应用于机器人增材制造过程中。研究表明,基于Roboguide平台的虚拟现实仿真技术方便可靠,避免了实际操作过程中的碰撞,优化了程序,有效缩短了机器人焊接时间,提高了机器人工作效率。     

基于ADAMS/View明弧焊接机器人运动仿真分析

明弧焊接机器人是冶金行业广泛应用的一种焊接设备,其中各部分的传动精度会对焊接枪头的行走精度产生累积误差,影响焊接质量,因此如何有效控制其传动精度和制造安装误差成为提高设计质量的关键.基于ADAMS/View虚拟平台,搭建了明弧焊接机器人虚拟试验样机,对其进行运动仿真分析,获取机器人焊接过程中运动特性.结果表明,该方法为提高机器人运动精度和设计质量提供了有效途径,且不必建立复杂的机器人运动学数学模型,避免了对模型求解的繁琐过程,有效提高了设计效率和精度.     

XYZR焊接机器人运动学的研究

设计了一种XYZR型四自由度直角坐标焊接机器人,传动机构由x、y、z三个方向上的滑动机构和一个R方向的转动机构组成,转动机构连着末端执行机构即焊枪,在控制系统作用下,通过各个传动机构的运动实现末端执行机构的焊接功能。利用D-H参数法建立XYZR焊接机器人的运动学方程,对机器人的末端执行机构的运动进行理论推导,并利用ADAMS软件对机器人的末端执行机构进行运动学仿真研究,最后运用半实物仿真平台对焊接轨迹进行仿真测试。结果表明,由4个关节引起的运动的机器人末端位移、速度曲线变化平稳,验证了结构设计的合理性,为机器人控制系统的设计提供了依据。     

副车架侧梁多机器人焊接工作站设计与仿真

针对目前对于副车架的生产制造的研究较多的是对其前期结构设计和优化,而对其自动化生产的研究较少的情况,通过分析其焊接过程,设计一种由两台焊接机器人和两台搬运机器人组成的自动化焊接工作站。在机器人仿真软件RobotStudio中根据机器人焊接工作站布局建立仿真环境,在仿真系统中创建Smart组件并设计组件内部信号连接以实现动画过程,为4台机器人导入各自的机器人系统,并为各系统创建I/O信号,通过工作站逻辑将各系统间信号进行连接实现各系统间通信。最后按遗传算法规划的最优焊接路径,利用仿真软件自动编程。仿真过程表明了所建工作站布局的正确性,为汽车副车架侧梁的自动化焊接和类似的仿真设计提供了指导。     

锅炉焊接机器人离线编程系统

主要研究开发了适于锅炉焊接的机器人离线编程系统。针对锅炉件的特点，建立了该空间焊缝的特征坐标系，并设计特征提取算法，进而规划出焊枪的运动路径与理想姿态，建立了典型的锅炉工件、日本安川SK6机器人等运动仿真环境。根据日本安川机器人程序的语言格式，采用该软件自动生成了机器人程序．对锅炉焊接过程进行了离线仿真试验，验证该系统是切实可行的。     

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.     

H型钢梁多机器人焊接工作站设计与仿真

针对H型钢梁人工焊接效率低、成本高、劳动强度大且对其自动化生产的研究较少的情况,通过分析其焊接过程,设计一种由两台焊接机器人和一台搬运机器人组成的自动化焊接工作站。利用SolidWorks设计了扩大机器人工作范围的第七轴和保证机器人运行轨迹与焊缝不发生偏离的焊缝自动跟踪系统,在数字化仿真软件Visual Components中搭建机器人焊接工作站布局,采用遗传算法规划最优焊接路径,利用仿真软件完成了编程与仿真。仿真结果表明所建立工作站布局的正确性。     

刀模焊接机器人工作站运动轴组合分析及编程

针对人工焊接制造甘蔗耕种双排工位刀模过程中劳动强度高和效率低下,及因连续焊接产生疲劳,造成产品质量不稳定等,设计了由FANUC焊接机器人、控制器、行走轴和变位机等组成的焊接工作站,规划工作站焊接工作流程,分析六轴机器人关节轴的坐标系,研究行走轴和焊接变位机等运动轴的运动类型、运动极限值及速度等参数设计方法。探究机器人焊接工作站运动群组设备轴联动设置方法,研究机器人刀模焊接程序编制和摆焊控制轨迹方法运用,达到提高刀模设备焊接制造效率和刀模精度质量的目的。     

基于计算机仿真的双机器人协同焊接任务规划

采用两台机器人分别对待焊件实施夹持和焊接,可以提高焊接过程的灵活度,完成复杂形状焊缝的焊接任务。提出了非主从式机器人轨迹规划方法,对双机器人焊接复杂曲线焊缝的协调运动问题进行研究,并基于计算机仿真技术,搭建了双机器人协调焊接仿真平台。     

弧焊机器人轨迹规划及应用研究

机器人弧焊技术,因焊接质量稳定、生产效率高等优势,在汽车工业中得到广泛的应用。在建立机器人弧焊工作单元的基础上,本文分析研究了弧焊工作站运动仿真、离线编程的实际应用及影响焊接质量的因素。通过使用轨迹优化仿真软件,指导焊接工装设计,降低投资成本;进一步的离线编程的使用使得虚拟轨迹与真实机器人运动轨迹挂钩,提高了工作效率和可靠性。通过实验对比及弧焊工作站的调试,讨论了焊接电流、焊接电压、机器人焊接速度对焊接质量的影响。     

多机器人柔性焊接的主从协调运动控制系统设计

针对机器人柔性焊接领域,设计实现了一种多机器人主从协调运动控制系统.该系统采用集中控制架构和周期同步位置模式,基于通用的多机器人主从协调运动控制算法,完成从动机器人的协调运动目标矩阵计算,并设计了机器人控制器的主从协调运动控制流程及相应的编程指令集,最后采用4台凯尔达KR1440机器人组成多机器人柔性焊接系统,通过典型主从协调焊接任务的示教编程再现试验,实现了多机器人主从状态的在线切换功能,验证了多机器人主从协调运动控制系统的有效性,为进一步提高机器人焊接系统的柔性水平提供了技术基础.     

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.     

焊接机器人虚拟样机轨迹模拟和运动仿真分析

根据焊接机器人的结构特点,对其进行了模型简化,在对机器人进行正向运动学分析的基础上,运用Denavit-Hartenberg(D-H)矩阵法,求解出焊接机器人末端位姿的数学模型,完成了焊接机器人空间位姿的描述;运用ADAMS软件,建立了焊接机器人的虚拟样机模型,仿真得出了模型的末端轨迹,并与数学模型求解结果进行对比,验证了数学模型的准确性与可靠性;对其进行运动仿真分析,测量并研究了机器人各关节运动学参数的变化情况,为后续焊接机器人的设计和制造提供了依据,对于精确确定焊枪工作位置、确保焊接质量、降低产品废品率有重要意义.     

基于虚拟现实的焊接机器人工作站离线编程系统

在自动焊接应用中,离线编程焊接机器人通常具有一定的控制局限性。结合虚拟现实技术搭建了一套焊接机器人工作站,通过开发离线编程系统,简化机器人控制方式、灵活调整视角和自动规划焊接轨迹等,提升了焊接机器人离线编程效率。开发了同点异线焊缝识别算法,实现了单机器人的轨迹规划功能。基于焊枪基准姿态,分析横焊、平焊、立向上焊和立向下焊的焊接姿态,实现全位置焊接姿态规划。增加KBR-2Z500双轴变位机,实现多轴联动的复杂轨迹规划功能,研究了机器人运动与变位机运动的耦合与解耦问题,达成焊接机器人工作站协同运动规划。通过现实空间完全复现虚拟环境下的空间曲线焊接轨迹规划实验,验证了工作站离线编程系统的交互性、可行性和可靠性。     

管道焊接机器人焊枪摆动机构运动控制研究

管道焊接机器人以其焊接成形好、质量稳定性好、自动化程度高等优势在长输油气管道建设领域得到了大规模推广应用。针对管道焊接机器人焊枪高速、短行程往复摆动运动特点,对焊枪驱动步进电机加、减速运动控制进行了研究。通过分析S曲线的算法原理及其传统的七段模型,对该模型进行了优化修正,提出了一种基于分段插值和三角函数的S形运动曲线,将该运动模型与修正后的传统七段模型进行仿真比较。仿真结果表明,该运动曲线在运动过程中不存在柔性冲击,同时也保证了焊枪运动的稳定性。最后将该加、减速运动曲线应用到管道焊接机器人的摆动机构中,焊枪运动平稳可靠,取得了良好的效果。     

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.     

机器人在焊接中的应用

介绍了近年来对机器人的需求及焊接机器人的应用现状,详细阐述了现有焊接机器人的关键技术,如焊缝自动跟踪技术、TCP自动校零技术、双丝高速焊接技术、多台机器人和外围设备协调控制技术等.结合工业发展的需要及智能控制技术、虚拟现实技术的发展,探讨分析了焊接机器人的发展趋势,指出了焊接机器人的发展方向,即必将与智能化技术、虚拟现实技术和控制技术等结合起来.     

T系列后簧后座机器人焊接夹具设计

针对汽车T系列后簧后座焊接工件,设计了适用于焊接机器人的气动夹具,详细分析气缸的选型与安装.实现了计算机辅助设计功能的综合应用,采用UG(Unigraphics)软件的参数化和部族件功能对标准件进行快速设计、有限元分析功能对受力复杂部件进行受力分析以及运动仿真功能对夹具和工件运动过程进行仿真,为焊接夹具的设计和验证优化提供了技术基础,并克服了传统夹具设计存在的开发周期长、设计更改困难的缺点,获得符合设计要求的焊接夹具.该设计满足企业的实际生产要求,具有一定的实用价值.