六轴机器人激光切割汽车覆盖件VR系统研究

摘要

随着国家新一轮工业产业计划的提出以及新型能源的改进突破，汽车行业经过短暂低迷之后迎来了新的突破。三维激光切割技术是汽车行业生产过程中一项最主要的应用技术，广泛应用于新车型开发的样车制造及车身零部件小批量生产。但是激光切割技术与其他技术相比其投入相对较高，因此如果在操作人员方案布置以及前期可行性验证过程中使用实际设备，将很大程度上增加使用成本与加工风险。
　　虚拟现实技术（VR）作为新兴行业，具有沉浸式与交互式的特点，现有的虚拟现实系统包括桌面式、沉浸式和分布式三种。本文将六轴机器人激光切割汽车覆盖件技术与虚拟现实技术进行结合，建立一个可用于机器人动作模拟，加工仿真、加工路径规划和验证以及工艺规划分析的桌面式交互型虚拟现实系统，对于提高覆盖件激光切割质量，扩大六轴机器人的使用范围以及汽车行业的快速发展具有积极作用。
　　本文主要围绕以下四个方面开展工作：
　　①构建六轴机器人激光切割汽车覆盖件VR系统。基于现有六轴机器人研究资料和相关技术专家的经验与指导意见，确定机器人激光切割汽车覆盖件VR系统的总体构建方案，用UG、3Ds Max等三维建模软件建立整个机器人系统以及周围场景的三维模型，最终运用Quest3D虚拟现实开发软件建立一套完善的机器人虚拟激光切割VR系统。
　　②对六轴机器人激光切割系统的运动算法进行分析。基于机器人位姿分析理论，根据实际机器人参数建立杆件坐标系，计算杆件坐标系间变换矩阵，在此基础上求解机器人的正向和逆向运动学方程，根据机器人运动学解完成VR系统中机器人关节运动与激光头位姿程序设计。
　　③激光切割汽车覆盖件切割轨迹法矢获取与工装设计。利用三维模型三角面片顶点信息，实现将关键点周围三角面片面积与夹角加权的方法得出关键点法矢信息，从而在虚拟现实系统中实现激光头在工件坐标系中的准确定位；利用 VR系统进行工件加工方案制定，并基于―N-2-1‖定位原理，利用ANSYS有限元随机优化方法对工件进行支撑位置优化，继而完成切割夹具的结构设计并对其进行LS-DYNA有限元可行性验证。
　　④覆盖件三维激光切割质量研究与改善。结合六轴机器人激光切割VR系统，完成实际的覆盖件切割工作，对切割过程中出现的工件干涉、辅助切割路径设计和转角过烧等问题进行合理优化。
　　此六轴机器人激光切割汽车覆盖件VR系统的开发，实现了良好的交互操作，同时该系统的完成为课题的下一步开展奠定了良好的基础。

目录

1 绪 论

1.1 论文研究的背景及意义

1.2 激光切割技术研究现状

1.3 虚拟现实技术发展概况

1.4 课题研究主要内容及结构安排

2 六轴机器人激光切割汽车覆盖件VR系统总体设计

2.1 系统开发工具

2.2 系统开发思路与流程

2.3 图形用户界面设计

2.4 系统整合与项目发布

2.5 本章小结

3 六轴机器人激光切割汽车覆盖件VR系统模型建立

3.1 机器人可视化模型建立

3.2 机器人的位姿分析

3.3 机器人运动学解

3.4 VR系统机器人仿真实现

3.5 本章小结

4 六轴机器人激光切割汽车覆盖件VR系统关键技术

4.1 VR系统三维场景建立

4.2 路径规划逻辑程序设计

4.3 VR系统模型碰撞检测

4.4 工件导入接口设计

4.5 本章小结

5 汽车覆盖件激光切割工装设计与工艺研究

5.1 汽车覆盖件夹具设计

5.2 汽车覆盖件激光切割工艺研究

5.3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献