双机器人主从协调焊接的路径规划算法

针对空间复杂曲线焊接问题进行了双机器人协调焊接路径规划方法的研究,在保证焊接过程焊缝点熔池处于水平或稍微下坡状态前提下,提出了一种主从协调跟踪的路径规划算法,以实现一台机器人夹持工件不断调整位姿满足船形焊的要求,另外一台机器人跟踪焊缝曲线实施焊接. 建立了协调系统数学模型,时间约束和空间约束,在此基础上规划了焊枪坐标系和工件机器人的位姿;并以马鞍形焊缝的焊接为研究对象进行了两个机器人的协调路径规划. 并对该算法所规划的结果进行试验验证. 结果表明,该算法可实现空间复杂曲线焊缝的连续焊接工作.     

基于人机工程的主从机器人遥控焊接焊缝跟踪误差分析

主从机器人遥控焊接要求具有较高的运动轨迹跟踪精度和足够的焊接速度,但是当操作者手动操作主机器人控制从机器人末端焊枪跟踪焊缝时,焊缝跟踪精度不能满足焊接要求的原因至今未知.文中开发了一套由主端控制器、从机器人、工控机和激光传感器组成的主从机器人遥控焊接系统.从人机工程的角度分析了操作者手动操作主机器人控制从机器人末端焊枪跟踪直线焊缝时,影响焊缝跟踪精度的因素.结果表明,操作者的反应时间越长,焊缝跟踪精度越低,并且为了保证焊接过程的稳定性和焊接质量,焊接速度应该由机器人控制.     

弧焊机器人结构光视觉传感焊缝跟踪

建立了弧焊机器人视觉传感焊缝跟踪系统,重点研究了跟踪路径提取算法和焊缝跟踪的实现策略。采用传感器引导机器人运动的控制方式,为克服前视距离的影响,提取的焊缝跟踪点信息在跟踪过程中不是立刻被使用的,而是存储在循环队列结构中,要等到焊枪到达该点附近时才能用到。计算出的机器人驱动向量使焊枪向焊缝的中心点方向调整,并按照给定的步长运动,使其始终沿焊缝方向向前运动,实现沿焊缝的自主跟踪。结果表明,通过对焊枪位置及绕焊枪旋转角度的调节,实现了S形曲线焊缝的实际跟踪,跟踪过程平稳、精确。     

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.     

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.     

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.     

基于图像空间的焊接机器人起始点自动识别与自动控制

以集装箱薄钢板对接焊为背景,提出了一种焊接机器人起始点自动识别与焊枪精确对位的图像空间控制方法。分别以迭代圆形霍夫变换方法、直线霍夫变换方法确定了包含焊枪特征点的圆形感兴趣区域,实现焊枪特征点、焊缝直线的识别和焊缝特征点提取,设计了基于图像空间的焊缝起始点视觉控制策略,实现了起始点的精确定位控制。实验表明:该方法能够精确地识别焊缝特征和焊枪坐标,快速精确定位焊枪,具有较好的鲁棒性。     

基于双目视觉的水下对接焊缝跟踪机器人位姿调节

分析了机器人末端姿态调节原理,利用所搭建的双目视觉系统采集到水下对接焊缝图像,图像经过滤波去噪、模糊增强、图像边缘特征及检测后,获取两条边缘线的特征元素。根据这两条边缘线求出水下对接焊缝中心线,再找到中心线上的匹配点;根据匹配点前后扫描,得到与焊缝边缘线相交的四点,采用四点法求取水下对接焊机器人的末端位姿。最后根据所构造的焊枪位姿与机器人位姿的模型,得到焊枪的姿态。试验证明,本文提出的算法,位姿调节偏差较小,能满足水下对接焊缝跟踪的要求。     

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。     

基于视觉传感器的焊缝图像识别与跟踪控制技术研究

针对传统"示教法"机器人焊接效率低、精度不高的问题,基于视觉传感技术对焊缝图像识别与跟踪技术进行研究。利用中值滤波和阈值分割的方法对图像进行预处理,并采用动态ROI提取与最小二乘法相结合的方法提取焊缝特征点,以解决弧光、飞溅等因素对图像的影响。同时,设计了激光焊缝跟踪系统,并将焊枪姿态作为指标对对焊缝的跟踪效果进行了实验分析。研究结果表明:所设计的视觉传感系统可有效提取焊接图像特征,识别精度高。焊缝跟踪系统可实时校正焊枪位置,焊枪高度误差始终保持在0. 2 mm以内,焊缝角度识别误差不超过0. 4°,说明该系统抗干扰能力强,焊接精度高,实时性好。     

移动焊接机器人结构设计与路径规划

针对大型焊接件生产中存在的大范围复杂焊缝以及狭窄空间内部焊接条件恶劣的情况,设计一种新型移动焊接机器人。采用3个独立驱动的OMNI全向轮作为机器人的移动机构,同时在移动机构底盘安装支撑轮及可调节磁吸附装置,并设计五自由度机械臂作为焊接执行机构;对机器人移动平台与机械臂分别进行运动学分析以及整体运动学分析,推导出机器人末端执行器与驱动轮、机械臂关节角位移之间的函数关系;针对曲率变化较大的焊缝难以焊接的问题,提出基于改进粒子群优化算法的多段直线逼近曲线的移动平台路径规划算法,并用MATLAB仿真验证了该路径规划算法可以完成任意曲率曲线的焊缝离散化,在满足焊接精度的前提下,能够减少焊缝离散点数目,提高了移动平台路径规划的效率。     

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。     

冗余自由度弧焊机器人路径自主规划的优化控制

提出了冗余度弧焊机器人及其路径自主规划的概念,讨论了在机器人焊接作业中引入冗余自由度的意义,运用控制变量法作为解决弧焊机器人冗余的优化问题方法,提出了包括焊接姿态参数在内的多性能指标融合控制方法,定义了焊接姿态参数函数,运动位置约束函数,运动平稳性函数,针对空间复杂焊缝,运用该路径自主规划方法求得的各关节角变化范围小,机器人运动过程平稳,远离关节极限位置,并且能够满足焊接质量的要求,有效地解决了冗     

基于轨迹动态规划的移动机器人焊道自动跟踪

针对大型构件复杂轨迹焊缝自动焊中的移动机器人跟踪控制滞后和焊接轨迹频繁振荡等问题,提出一种基于轨迹动态规划的焊道跟踪方法. 利用结构光传感器检测区域超前于电弧的优势,实时获取焊接区前方焊缝位置特征信息实现对焊道轨迹宏观走向的超前感知,基于焊道等距逼近思想动态规划移动机器人运动轨迹,结合电弧传感技术实时检测焊接偏差信息,通过机器人本体与机载执行机构的协同控制对焊接轨迹进行动态补偿. 结果表明,该方法提高了复杂轨迹焊缝跟踪中焊接速度一致性及焊接轨迹平滑度,改善了焊道弯曲或折角处的焊缝成形质量.     

弧焊机器人系统协调焊接的路径放置规划

以RHJD4－1九自由度弧焊机器人系统协调焊接情况为研究对象，提出了以变位机冗余自由度为变量、以保证焊接路径规划成功为约束、以变位机运动变化最小为目标的路径旋转规划问题的规划模型，并以1200mm长直对接焊缝为例进行了仿真试验，结果证明该规划模型可以有效地实现由机器人和变位机组成的复杂系统的最优路径旋转规划。     

弧焊机器人的视觉控制

提出了一种基于局域网的多层次结构的弧焊机器人视觉控制方案，它由人机交互层、运动规划层、运动控制层和伺服控制层构成，其中后面三层构成本地实时控制器。利用上位计算机作为人机交互层，完成视觉测量、运动命令生成、焊枪控制和人机交互。本地实时控制器实现在线运动规划和实时运动控制。根据在线视觉测量结果，形成机器人的运动目标，实现焊缝自动跟踪与焊接。对V形坡口焊缝的摆焊试验结果，验证了所给出的弧焊机器人视觉控制的有效性。     

双臂机器人的轨迹跟踪控制方法研究

针对工件在实际加工中打磨空间局限、精度不高等问题,为提高机器人作业的轨迹跟踪效果,提出一种双臂机器人轨迹跟踪控制方法。以轮毂打磨为研究背景,主从架构中夹持机器人采用PD控制,夹持待打磨工件进行位置跟踪运动控制;打磨机器人采用基于位置的阻抗控制,实现力控和末端位置补偿,提高定位精度。基于MATLAB/Simulink设计仿真模型验证可行性,并完成实验验证。实验结果表明：当机器人末端在外界干扰力作用下,能自适应地跟踪及修正轨迹,满足双臂机器人轨迹跟踪控制的要求。     

Seam-tracking based on dynamic trajectory planning for a mobile welding robot

A new seam-tracking method based on dynamic trajectory planning for a mobile welding robot is proposed in order to improve the response lag of the mobile robot and the high frequency oscillation in seam-tracking. By using a front-placed laser-based vision sensor to dynamically extract the location of the weld seam in front of torch, the trend and direction of the weld line is roughly obtained. The robot system autonomously and dynamically performs trajectory planning based on the isometric approximation model. Arc sensor technology is applied to detect the offset during welding process in real time. The dynamic compensation of the weld path is done in combination with the control of the mobile robot and the executive body installed on it. Simulated and experimental results demonstrate that the method effectively increases the stability of welding speed and smoothness of the weld track, and hence the weld formation in curves and corners is improved.     

某电厂圆形零件机器人智能焊接

采用机器人焊接某电厂圆形零件,制作焊接工艺评定规程,采用有限元分析方法优选焊道排布方案,在工件坐标系内建立每条焊道的起弧点坐标。使用机器人激光视觉对工件特征点进行抓取,结合三点定圆心算法拟合工件坐标系和机器人坐标系,从而对机器人工作台范围内任意放置的零件自动定圆心。根据大量熔敷成形试验,对每条焊道起弧点位置进行修正,并在拟合后坐标系内将修正后的起弧点坐标、优选的焊道排布方案编辑成机器人焊接路径程序,结合焊机内存储的焊接工艺程序,对在机器人工作台范围内零件智能定位,机器人自动行走并调用焊接工艺,实现智能焊接。最后对该圆形零件进行无损及理化检验,结果合格。创新点： (1)对特定零件焊缝的层、道分布及排布顺序,利用有限元分析方法,从多种路径中择优。(2)在特定零件和特定工艺条件下,将优选的焊接电弧的位置和行走轨迹程序化,赋予机器人实现自动焊接路径的内部依据。(3)通过机器人视觉定位零件的特征点,依据特定算法,得到零件在机器人系统的外部定位,从而实现优选焊接路径在机器人空间系统的统一。可免去零件定位找圆工序。