复杂空间曲线焊缝VPPA专用焊接机头设计

通过调研铝合金等离子弧穿孔焊接在自动化焊接中的应用现状,分析铝合金等离子弧穿孔焊工艺的焊缝成型问题,运用优化设计理念,使用Solidworks软件,设计了一款以操作机系统为依托,以人在回路为主要控制模式的微型等离子弧焊接机头(VPPA焊接机头)。根据结构原理图,同时以优化设计为目标确定了VPPA焊接专机的整体设计思路,结合设计经验确定了各运动机构的整体设计方案。通过VPPA焊接机头与操作机的配合,实现了复杂空间曲线焊接焊枪与焊缝位置的精确对中,实现了良好的焊缝成型和较高的焊接效率。     

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。     

管道插接相贯线专用焊接机器人

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空间焊缝.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,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.设计了2自由度的自动定心手腕机构,实现了焊枪位置和焊枪姿态的独立控制,建立了专用焊接机器人的运动学模型.针对通用型的相贯线模型,建立了焊枪位置、焊枪姿态和焊接速度的实时控制数学模型.结果表明,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.     

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.     

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。     

VPPA穿孔立焊机器人系统的运动学建模

建立3+1轴直角坐标型焊接机器人和二轴倾斜/回转变位机的运动学模型。采用三点定位法并结合齐次变换矩阵的特性,得到焊接机器人偏转轴、变位机倾斜轴及回转轴的安装位姿描述矩阵,进而得到了焊接机器人运动学正解及逆解、变位机正解。根据VPPA焊接立向上姿态的焊缝坐标系特点,计算了变位机倾斜角及回转角。以倍福工控机为主站,并使用实时工业以太网Ether CAT作为通讯手段,连接高精度伺服作为运动控制从站,依据本研究建立的运动学数学模型进行算法编程,下载到工控机,示教后进行了焊接轨迹行走实验,结果验证了运动学模型的有效性。     

基于ROTSY的弧焊机器人离线编程

以MOTOMAN-UP6弧焊机器人和SGMDH-12A2A-YRB变位机为试验平台.将离线编程软件ROTSY、计算机与机器人通信软件MOTOCOM32和校正软件MOTOCALV32组成一个弧焊机器人离线编程系统,实现了机器人和变位机的联动离线编程.通过复杂的马鞍形焊缝编程对所建立离线编程系统进行了验证.在实际运行过程中,焊缝上的点接近或处于船型焊或平焊的位置,焊枪运行平滑,始终对准焊缝,焊枪的姿态也始终符合实际焊接的要求.证明了本离线编程系统达到了设计要求.     

基于FPGA的爬行式焊接机器人控制系统研究

大型结构的曲面焊缝轨迹是具有三维方向偏差的空间曲线,在焊接过程中焊件会产生焊接变形,传统的导轨式自动焊接设备无法准确地焊接曲面焊缝。设计开发了一套爬行式焊接机器人控制系统,以FPGA(现场可编程逻辑门阵列)作为硬件电路的主控芯片,通过RS232接收焊枪高度方向的激光传感器位置信号,并采用硬件描述语言(Verilog HDL)编写控制软件,通过定时采样插补实现了焊枪高度位置的自动调整,保证了CTWD(导电嘴到工件距离)的精确控制。焊枪横向位置可通过控制器上的按键进行手工微调,保证焊枪沿坡口中心运动,该控制器能保证焊接工艺稳定,焊接位置准确,焊缝成形质量好。     

全位置相贯线自动焊接新型焊枪设计

在焊接复杂的空间曲线或进行全位置焊接操作时,传统焊接机器人关节耦合、系统干涉现象较为普遍,焊接局限性明显. 为了克服焊枪位姿改变时的干涉现象,基于各位置焊缝角度和深度均动态变化的特征,设计出一款能调节自身工作角的新型焊枪,使焊枪自身能够具有一定的实时调节能力,在自动焊接过程中通过调节焊枪工作角配合机器人完成全位置焊接,增强机器人的实用性和可行性,满足较为复杂相贯曲线的焊接要求,使用OpenGL对焊枪运动学模型和焊接过程进行了仿真,仿真结果证明了所设计的自动焊接焊枪的有效性.     

二自由度仿生手指形焊枪结构设计及仿真

目前,传统的焊接机器人在实现空间复杂曲线的焊接和全位置焊接的过程中,需要机器人的个个关节进行耦合调节,机器人系统惯量增大,且容易引起干涉现象。基于降低机器人系统惯量,增强系统刚度,简化控制,避免干涉,实现焊枪的时时调节功能。以相贯线焊接为例,创新性地提出了一种能够自身调节工作角和行走角功能的二自由度仿手指形焊枪,建立D-H坐标系对仿生手指形焊枪进行了运动学分析;通过运动学仿真,未检查出系统干涉和碰撞,工作角和行走角调节机构的调节范围能够达到焊接工艺要求,从而验证了机构设计的合理性,为实现精确焊接提供了基础。     

基于视觉与重力融合传感的焊枪位姿反馈控制

为了实现焊缝跟踪、焊枪高度及其空间姿态的检测和闭环反馈控制,有效控制任意空间姿态焊接接头的焊缝成形质量,构建了基于视觉传感与重力感应融合的焊枪空间位置、姿态在线检测与闭环反馈控制系统;结合建立的检测数学模型,检测系统实现了对焊枪相对于工件的空间位置和姿态、焊枪相对于重力加速度方向的空间姿态、焊接接头相对于重力加速度方向的空间姿态的在线实时检测. 结果表明,系统实现了焊枪空间姿态的实时反馈控制,控制精度可达0.1°,并实现了电弧焊接过程中的焊缝横向实时跟踪和焊枪高度实时调控,焊缝横向跟踪与焊枪高度调控的平均偏差分别为0.20和0.78 mm. 实现任意空间姿态焊接接头的自动化焊接,可有效提升焊接装备的智能化水平.     

基于焊缝路点局部点云的焊枪空间姿态确定

针对目前基于三维视觉传感面向几何与位置信息不确定工件的机器人焊接研究中,焊缝路点的焊枪空间姿态确定方法针对性强、局限性高等问题,提出了一种基于焊缝路点局部点云的焊枪空间姿态确定方法.首先描述了焊枪的空间姿态参数模型,然后通过考虑传感器的前置安装距离确定kd-tree的最小搜索半径,获取焊缝路点处的局部点云,并逐步确定该路点处焊枪的偏摆平面与倾斜平面,从而确定焊枪在该焊缝路点处与工件的无碰空间姿态.结果表明,该方法适应性强、有效性好.由于点云表面质量的原因,姿态确定结果与真实姿态存在一定波动,后续经过平滑处理可以满足机器人焊接需求,有望提升基于三维视觉传感面向几何与位置信息不确定工件的机器人自主焊接作业水平.     

基于机器人的曲线焊接系统

针对曲线结构工件的人工焊接效率低、焊接质量不稳定、人工劳动强度大等问题,基于机器人设计出一种高效率和高精度的焊接系统。本系统采用机器人与PLC联合控制变位机的翻转和回转,使待焊工件的焊缝始终处于平焊或船形焊位置,利用触摸屏设置翻转速度和显示整个控制系统的工作状态,通过机器人与焊机的通讯及机器人在线示教编程,实现曲线结构工件的自动化焊接。为了保证焊接质量,采用接触传感和电弧传感功能精确寻位和实时修正示教轨迹。经实际应用表明,系统运行良好,达到了预期设计目标。     

空间折线焊缝实施平焊的路径规划

在科学技术日益发达的今天,焊接技术的自动化程度也越来越高,其中,在进行焊接任务时采用多个机器人来进行协调已成为自动化焊接领域的研究热点。针对一种固定的空间复杂折线型焊缝的焊接任务展开研究,建立了双机器人协调焊接坐标系,在整个焊接过程采用船型焊缝约束,从而保证焊枪与焊缝的相对位置在作业过程中始终保持良好,最终得出机器人在作业过程中的轨迹规划驱动矩阵,并通过机器人关节变化曲线证明了该方法的有效性。     

薄板机器人自动焊接焊枪三维偏差的有效提取

机器人自动化焊接中焊枪三维偏差的提取是实现自动纠偏的前提.薄板机器人MAG对接焊接中对试件开坡口,试验中利用被动视觉传感器采集焊缝图像.通过调整滤、减光组合使得同一帧图像中出现稳定的电弧区域、坡口边缘线和缝隙接头线.设计有效算法直接提取缝隙接头线.以电弧区域的几何中心反馈焊枪位置,设计有效算法在缝隙接头线上确定焊枪当前跟踪位置,并借助视觉标定技术将其转换为世界坐标.利用用户软件系统从机器人控制系统中获取焊枪在世界坐标系下的坐标及转换后的坐标.结果表明,文中算法可以有效获取焊枪的三维偏差.     

高强钢薄钢板焊缝高精度视觉跟踪控制

针对薄钢板焊缝焊接机器人,提出一类高精度、柔性的视觉跟踪控制方法,以实现窄焊缝的在线实时感知和视觉控制。提出了一种抗干扰能力强的焊缝图像处理方案,实现窄焊缝特征的可靠提取和通信传输。提出了一种基于图像的闭环视觉控制方法,开发了视觉控制器及其执行系统,实现了焊接机器人焊缝轨迹的实时高精度跟踪。实验结果表明,该视觉控制方法对弧光、烟雾、飞溅和外界照明变化具有很强的鲁棒性,可以精确地识别出焊缝特征坐标,快速地实现焊枪对焊缝的跟踪,达到了期望的控制精度和焊接质量,结果令人满意。     

开放式管道插接专用焊接机器人控制系统

针对管道插接形成的空间相贯线焊缝,开发了一套基于PC+PMAC模式的开放式焊接机器人控制系统.提出以焊缝位姿信息为基准的焊枪轨迹控制、焊枪姿态控制和焊接工艺参数控制的三位一体逻辑控制模式,实现了真正意义上的焊接机器人运动与焊接电源参数的集成化控制.提出连续参数控制和规划参数控制两种控制方法,建立了分层递阶结构的控制系统软件,实现了焊接过程的状态检测.结果表明,该控制系统适应性强,系统运行平稳可靠,能够很好的完成空间相贯线的焊接任务.     

混联机器人搅拌摩擦焊接系统集成研究

机器人搅拌摩擦焊设备因具有焊接适应性强、易于实现空间全位置焊接、自动化程度高、生产效率高等技术特点,近年来得到了越来越多地应用.针对空间曲线焊缝搅拌摩擦焊接需求,开展了五轴混联型机器人搅拌摩擦焊接系统研究.该系统由搅拌摩擦焊接机器人子系统、液压主轴子系统、传感与控制子系统和中央控制单元组成,能够实现复杂构件的空间曲面焊...     

基于共享控制策略的遥控弧焊机器人焊缝跟踪

对应用于遥控弧焊机器人的共享控制技术进行了研究,建立了遥控机器人共享控制试验系统.激光视觉传感器基于三角测量原理,根据提取焊缝的特征点,实现焊缝的自主跟踪和焊接.根据解析速率控制算法,把手控器的控制命令与激光视觉传感器的自主控制命令在人控制器中进行融合,控制焊枪的六个自由度.弧焊机器人的控制权可以在局部自主控制和直接手动控制之间进行共享和交互,实现对远端非结构环境下的焊缝跟踪.结果表明,人机共享控制焊枪,实现未知环境的避障;提高了焊缝跟踪精度;把操作者从焊缝跟踪的底层操作中解放出来,减轻操作者的工作强度.     

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.