搅拌摩擦焊机器人轨迹规划系统的设计与实现

摘要

搅拌摩擦焊技术(Friction Stir Welding，FSW)是一项新型的固相连接技术。该技术发明至今，倍受世人瞩目，已经在世界范围内发展成为可以替代熔焊技术的规模化、工业化实用固相连接技术。我国从二十世纪末开始对搅拌摩擦焊技术进行研究，内容涉及多个方面，其中包括对搅拌摩擦焊设备的研究。随着计算机、自动化和数控技术的发展，未来，搅拌摩擦焊设备将朝着智能化、自动化、机器人化的方向发展。工业机器人的诞生是自动化领域的一个里程碑，然而，要提高机器人的工作效率，不仅需要完善的硬件设施，同样需要高效的软件编程系统，至此，离线编程技术应运而生，并逐渐成为机器人编程的流行方式。
　　在上述背景条件下，本文设计了一个搅拌摩擦焊机器人轨迹规划软件系统，该系统针对特定的搅拌摩擦焊机器人设计，是一个专用的离线编程系统。该系统基于机器人示教功能，针对直线、瓜瓣和圆弧（环）三种类型空间平面焊缝，完成机器人末端运动路径与姿态的规划;自动生成作业文件;手动导入工件，显示工件，并且能够对工件进行平移旋转等变换操作。
　　系统在PC的Windows平台上，利用VC++结合OpenGL技术开发。系统需要的数据文件主要有两种，分别是示教文件和图形文件。轨迹规划的主要工作内容是对示教数据进行离线处理，拟合焊缝轨迹，然后插补焊缝得到焊接点数据，最后将数据转换为标准NC代码格式输出，用于控制机器人完成焊接操作。本系统中，示教数据保存在文本文件中，零件图为文本格式的STL文件。机器人控制系统为西门子840D，最后输出的NC文件为西门子NC格式。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 搅拌摩擦焊

1，1．1 搅拌摩擦焊技术概述

1．1．2 搅拌摩擦焊研究现状

1．2 机器人编程

1．3 课题背景

1．4 本文主要内容和结构安排

2 系统总体设计及开发

2．1 系统总体设计

2．2 系统开发工具

2．2．1 VisualC++6．0环境

2．2．2 C++语言

2．2．3 OpenGL图形库

2．2．4 C++标准模版库

2．3 本章小结

3 搅拌摩擦焊机器人

3．1 机器人运动学基础知识

3．1．1 运动位置和坐标系

3．1．2 三维几何变换

3．2 搅拌摩擦焊机器人运动学模型

3．2．1 机器人的运动学正解

3．2．2 机器人运动学逆解

3．3 本章小结

4 数据处理模块的实现

4．1 焊缝类型

4．2 参数设置

4．3 前置处理

4．3．1 坐标转换

4．3．2 最小二乘拟合

4．3．3 三次B样条曲线拟合

4．3．4 三次B样条曲线插补函数

4．4 后置处理

4．4．1 直线焊缝后置处理

4．4．2 瓜瓣焊缝后置处理

4．4．3 圆弧焊缝后置处理

4．5 西门子840D系统程序

4．6 本章小结

5 图形显示模块

5．1 OpenGL中的图形变换操作

5．1．1 视图变换和坐标系

5．1．2 投影变换与视景体

5．1．3 视口变换

5．1．4 图形操作实现

5．2 几何对象类的设计

5．2．1 CEntity几何对象基本类

5．2．2 CTriChip三角面片对象类

5．2．3 CSTLModel STL几何模型类

5．2．4 CPart高级几何模型类

5．3串行化(Serialize)实现文档存取功能

5．3．1 MFC串行化

5．3．2 文档串行化

5．3．3 实现CPart模型的OpenGL显示

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢