管束式喷管延伸段机器人焊接离线编程的应用研究

摘要

我国航天、汽车、造船及核电等行业近几年的迅速发展,要求不断开发新技术和提高生产效率。工业机器人具有工作可靠、通用性强的优点,越来越多的应用到这些行业。目前,工业机器人主要采用示教再现方式工作,对于复杂焊缝的焊接效率低、精度差。机器人离线编程在不操作实际机器人的情况下进行路径规划,生成机器人程序,能够实现CAD/CAM/Robotics的一体化。在喷管延伸段焊接中,焊缝形式为空间螺旋曲线型对接焊缝,单件产品的焊缝总长度超过1000米,焊缝坡口形式规则,适合于弧焊机器人生产。采用离线编程能够大大缩减编程的工作量,提高生产效率。
　　针对空间螺旋曲线对接焊缝的喷管延伸段焊接,本课题对机器人离线编程技术进行研究。在Solidworks三维设计软件平台的基础上,用VC++6.0编程语言进行二次开发,构建了弧焊机器人离线编程系统,包括建模、路径、运动、规划四个模块。在焊接路径特征建模中,设计了基于参数化螺旋曲线拟合的路径建模算法及控制截面焊缝特征建模算法,建立了高精度的焊接路径模型。研究了九自由度机器人协调运动控制算法,以船形焊为焊接运动姿态约束条件,完成了机器人与变位机的协调运动路径规划。从焊接工艺角度出发,提出了路径分割算法和变点过滤算法,实现了焊接路径规划。
　　针对机器人在标定环节的标定误差导致的离线编程生成的程序与实际加工路径所需机器人程序之间的偏差问题,利用遗传算法优化求解用户坐标系偏移量,实现了模型环境中工件相对用户坐标系的位姿关系与实际工件相对位姿关系的最优匹配。为解决喷管延伸段焊接过程中热变形的积累导致的路径偏移,本文设计了特征点增量补偿算法,结合多轴协调运动,实现了机器人与变位机协调运动的轨迹补偿。

目录

管束式喷管延伸段机器人焊接离线编程的应用研究

RESEARCH ON APPLICATION OF OFF-LINEPROGRAMMING FOR PIPE-BEAM JET NOZZLEEXTENDING SEGMENT BY ROBOTIC WELDING

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1通用的离线编程系统

1.2.2专用的离线编程系统

1.3离线编程补偿的研究现状

1.3.1离线编程补偿概述

1.3.2离线编程补偿技术的发展

1.4本文主要研究内容

第2章喷管延伸段机器人离线编程系统

2.1喷管延伸段机器人焊接系统

2.2机器人离线编程系统的总体设计

2.3关键子模块的设计

2.3.1设备建模

2.3.2工作单元建模

2.3.3路径规划

2.3.4图形仿真

2.3.5离线编程的程序生成

2.4特征建模

2.5本章小结

第3章多轴协调运动及在喷管延伸段上的应用

3.1船型焊控制算法的实现

3.1.1变位机的逆运动学

3.1.2协调运动控制流程

3.1.3三种协调运动控制形式

3.2在喷管延伸段焊接中的应用

3.2.1路径分割

3.2.2跳变点过滤

3.3本章小结

第4章基于遗传算法的模型匹配

4.1离线编程模型匹配偏差分析

4.2基于遗传算法的模型匹配算法

4.2.1模型匹配算法分析

4.2.2遗传算法

4.2.3用户坐标系偏移量求解

4.3模型匹配算法实验

4.4本章小结

第5章机器人路径偏差补偿

5.1工件加工变形引起的路径偏差分析

5.2路径偏差的增量补偿算法

5.2.1焊接路径的增量补偿

5.2.2变位机协调运动的增量补偿

5.3变路径补偿实验

5.3.1实验条件

5.3.2实验步骤

5.3.3实验结果与分析

5.4本章小结

结论

参考文献

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致谢

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