機器人弧焊離線編程管理論文

　　摘要：在焊接機器人柔性加工單元應用中,為保證焊槍與焊縫在弧焊過程中始終處于接頭成型良好的焊接位置,需要機器人和變位機協(xié)調(diào)運動.ACADOLP弧焊離線編程系統(tǒng)實現(xiàn)了協(xié)調(diào)運動,闡述了該系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)運動的算法原理.將協(xié)調(diào)運動分解為協(xié)調(diào)直線運動和協(xié)調(diào)圓弧運動,并給出了一種實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運動功能的方法,即變位機作為主手,機器人為從手,機器人跟蹤變位機進行運動,實驗驗證了這種方法的可行性.

　　關(guān)鍵詞：機器人;離線編程;弧焊;協(xié)調(diào)運動

　　由于弧焊的特殊性,機器人弧焊系統(tǒng)正由單機器人向機器人柔性加工單元和機器人柔性生產(chǎn)線發(fā)展.與單機器人焊接最本質(zhì)的區(qū)別,弧焊機器人柔性加工單元或工作站能夠通過空間協(xié)調(diào)更有效地實現(xiàn)空間運動,保證焊槍與焊縫在弧焊過程中始終處于接頭成型良好的焊接位置.離線編程系統(tǒng)作為機器人編程的一種方式,極大地提高了機器人的編程效率[1].國外的離線編程系統(tǒng)如Igrip等也實現(xiàn)了系統(tǒng)協(xié)調(diào)運動的仿真,但對于復雜工作單元的協(xié)調(diào)運動往往不能實現(xiàn)[2].國內(nèi)的一些科研院所在離線編程技術(shù)上進行了很多的研究,并開發(fā)了一些離線編程系統(tǒng),但這些系統(tǒng)都處于單機仿真狀態(tài),沒有實現(xiàn)協(xié)調(diào)運動.哈爾濱工業(yè)大學焊接實驗室自主開發(fā)了一套機器人弧焊離線編程與仿真系統(tǒng)———ACADOLP[3,4].本文對該系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)運動進行了研究.

　　1.協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)的定義

　　在協(xié)調(diào)加工單元中,機器人連續(xù)弧焊作業(yè)時,焊槍末端總是跟蹤焊縫不斷運動,根據(jù)笛卡爾空間的齊次變換描述,這種運動可由如下矩陣方程表示:式中:Wrob-base為弧焊機器人基坐標相對于參考坐標系的位姿變換矩陣;Rrob(t)為焊槍坐標系相對機器人基坐標系的位姿齊次變換矩陣;Wpos.base為變位機基坐標系相對于參考坐標系的位姿變換矩陣;Ppos(t)為變位機工作臺固定坐標系相對于其基坐標系的齊次變換矩陣;Dpart為被焊目標點相對變位機的工作臺固定坐標系的齊次變換矩陣.方程左邊的矩陣描述弧焊機器人末端焊槍的空間位置和姿態(tài),而方程右邊的矩陣描述工件被焊點的位置和姿態(tài).對于任何協(xié)調(diào)運動工作單元,其都可被抽象為參考坐標系、機器人基坐標系、變位機基坐標系、變位機動坐標系來表示.

　　從工業(yè)機器人的控制及軌跡規(guī)劃方式看,不論機器人所走的軌跡多么復雜,其構(gòu)成軌跡的線型要素只有兩種:直線和圓弧.通過這兩種基本線型的組合,構(gòu)成各種復雜的軌跡.協(xié)調(diào)直線和協(xié)調(diào)圓弧算法相似,下面以機器人和變位機組合為例,對協(xié)調(diào)圓弧算法進行介紹.

　　2.協(xié)調(diào)圓弧算法原理空間任意3點確定一個圓,因此,從機器人協(xié)調(diào)圓弧功能實現(xiàn)的角度來講,初始條件至少要有空間的3個點.圓弧軌跡上的運動可以描述為

　　空間協(xié)調(diào)圓弧軌跡的實現(xiàn)算法原理可以概括為:獲取空間圓弧在起始形位、中間過渡形位、結(jié)束形位的位置信息,利用相鄰的3個形位的位置信息求解得到圓弧軌跡在各自圓心坐標系(工件坐標系)中的參數(shù)方程,然后以此為條件,進行空間圓弧軌跡規(guī)劃,最后以變位機為主手,機器人為從手,控制變位機以給定速度調(diào)整被焊工件的姿態(tài),根據(jù)機器人與變位機之間的相對坐標關(guān)系實時控制機器人跟蹤變位機運動,從而實現(xiàn)圓弧協(xié)調(diào)運動.在具體實現(xiàn)過程中,為了盡量消除示教過程中的誤差影響,對于多點(>3)協(xié)調(diào)示教,采取分段計算的辦法.如圖2所示,假設(shè)某圓弧上示教了n個形位:D15、D5、D35、D45、....、Dn5,那么在實現(xiàn)圓弧軌跡過程中將分為n-2段進行,第一段由前3個形位確定,第二段由D25、D35、D45確定,以此類推,...,第n-2段由Dn-25、Dn-15、Dn5確定.

　　3．協(xié)調(diào)運動的仿真實現(xiàn)

　　本文采用了示教關(guān)鍵點,進行協(xié)調(diào)運動的差補計算,然后仿真再現(xiàn)實現(xiàn)協(xié)調(diào)運動的仿真功能.最后本文給出了機器人和變位機,機器人和導軌協(xié)調(diào)運動仿真畫面.為方便用戶操作,開發(fā)了一個類似于實際示教盒的屏幕示教盒.該示教盒可實現(xiàn)關(guān)節(jié)運動功能,機器人末端沿設(shè)備坐標系各坐標軸的平移,機器人末端沿工具坐標系各坐標軸的旋轉(zhuǎn).圖形環(huán)境下的示教與機器人實際工作環(huán)境中的示教方式相比,屏幕示教并不存在效率低的問題.

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