基于ROBOGUIDE的弧焊机器人离线编程系统的研究

摘要

弧焊机器人离线编程及仿真系统在工业机器人领域和焊接领域正在迅速发展，已成为离线编程技术向智能化发展的关键技术之一。同时焊接过程控制是机器人焊接技术发展不可回避的关键技术之一。 本文提出了工件坐标系三点标定方法，从机器人控制柜获取实际工件上的三个特殊点位置，以此计算出工件坐标系相对于机器人世界坐标系的位置变化量，为工件模型的建立提供可靠数据依据。引用FANUC公司的工具坐标系六点标定方法，标定出工具坐标系相对于机器人末端坐标系的位姿变化。 通过二次开发AUTOCAD参数化设计马鞍型焊缝曲线工件的三维模型。依此可以对不同尺寸、不同形状的马鞍型焊缝曲线进行设计。 给出了焊缝倾角和焊缝转角的广义定义，提出建立焊缝特征坐标系的方法。将焊缝特征坐标系的X轴作为焊缝的轴线，将Z轴作为焊缝的中心线，Z轴即为仿真环境下的焊枪的轴线。依据仿真软件ROBOGUIDE的特点，设计出机器人仿真所需数据的转换方法，焊接路径自动生成方法，以及将仿真焊缝路径转成实际TP程序的方法。 应用离线仿真软件ROBOGUIDE完成马鞍型焊缝曲线焊接过程的仿真，将仿真路径转换成实际TP程序，并输入到机器人控制柜，完成马鞍型焊缝焊接过程的离线编程及仿真，运行TP程序完成马鞍型焊缝的实际焊接。 将PC机编程与机器人示教盒编程相结合，交叉运行，实现对机器人焊接过程中焊枪位姿、焊机送丝速度(WFS)、焊接速度等焊接参数的控制。基本上实现了弧焊机器人焊接过程控制参数的实时修正。 这些方法和关键技术的研究为弧焊机器人离线编程及仿真系统的研究和开发及机器人焊接过程质量控制的实现奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

学位论文的主要创新点

第一章绪论

1.1国内外弧焊机器人发展及应用概况

1.2弧焊机器人离线编程系统研究意义

1.3国内外离线编程及图形仿真系统发展趋势

1.4本文主要研究内容

第二章弧焊机器人离线编程系统理论及其硬件配置

2.1弧焊机器人

2.1.1弧焊机器人系统的组成

2.1.2现有实验室设备及配置

2.2弧焊机器人离线编程系统组成及特点

2.2.1离线编程系统的主要组成部分

2.2.2弧焊机器人离线编程系统特点

2.3本章小结

第三章弧焊机器人几何建模及焊枪姿态规划

3.1 CAD建模及其特征信息的获得

3.2焊缝特征坐标系建立

3.3焊缝特征坐标系相对机器人基准坐标系矢量变换计算

3.4焊缝特征坐标系与机器人基准坐标系之间的旋转角度变换

3.5模型及焊缝特征坐标系建立程序实现

3.6本章小结

第四章FUNUC弧焊机器人系统标定技术研究与实现

4.1弧焊机器人各轴零点复归

4.2机器人工具坐标系标定

4.2.1标定方法及实现

4.3工件坐标系标定

4.3.1各坐标系关系建立

4.3.2工件坐标系标定计算

4.3.3工件坐标系标定程序实现

4.4本章小结

第五章基于ROBOGUIDE的弧焊机器人离线编程系统研究及实现

5.1 ROBOGUIDE建模

5.1.1工件图形文件存储

5.1.2文件读取

5.2 ROBOGUIDE仿真环境布局

5.3机器人焊接过程仿真实现

5.4 TP程序生成及传输

5.4.1 TP程序的生成

5.4.2 TP程序传输

5.5离线编程的试验结果

5.5.1试验条件

5.5.2试验结果

5.6本章小结

第六章机器人焊接过程控制参数实时修正的实现

6.1焊接模式选择

6.2机器人焊接过程的程序控制实现

6.2.1焊枪位置的实时修正

6.2.2焊机送丝速度的实时修正

6.2.3焊接速度的实时修正

6.2.4串口通讯的实现

6.2.5机器人示教盒程序

6.3试验结果

6.4本章小结

第七章结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢