厚板双机器人焊接系统协调控制与离线编程研究

摘要

大型厚板构件在船舶、高压容器等领域广泛应用。厚板传统焊接工艺工序多，质量稳定性差，生产效率低，且只适合应用于手工焊和半自动焊中。为此，我们研究了一种高效的厚板双面双弧焊工艺，简化了工序，大大提高生产率，减小变形和改善焊缝质量。在此基础上，提出了“厚板双机器人双面双弧焊”方案，进一步提高了生产效率和产品质量稳定性。
　　厚板双面双弧焊要求打底焊时两侧焊枪非对称焊接，填充焊时对称焊接，故而需要对双机器人的焊接动作进行协调控制。此外，离线编程技术的应用仍有一些技术问题有待解决。本文对这两方面的问题进行了深入研究。
　　首先，本文完成了厚板双机器人焊接系统集成，搭建了双机器人通讯网络，分别基于Motocom32组件和OPC通信协议编程实现了Motoman机器人和KUKA机器人的通讯及远程控制。为双机器人协调焊接提供了前提。
　　其次，针对大厚板立向上摆动焊接任务，优化了机器人焊枪位姿规划算法，提出了焊枪摆幅自动计算方法。依据此算法，在实际焊接过程获得了良好的焊缝成形。在现有的基于SolidWorks的离线编程系统上进行二次开发，增加了工件建模模块和机器人用户坐标系标定模块。利用此项技术，减小了离线编程虚拟环境与现实环境的误差，提高了标定精度，增强了离线编程系统准确性。
　　针对双机器人协调控制问题，本文提出了分布式集散控制和主从控制两种协调策略，并设计了相应的软硬件系统。集散控制模式下，双机器人执行各自的程序，集中控制中心负责完成任务的分配和调度，实现双机器人协调焊接。主从控制即主机器人执行焊接程序，从机器人跟随主机器人进行运动。本文详细推导了主从协调控制一般算法，针对一般算法的缺点提出了基于用户坐标系的主从协调简化算法，该算法计算速度快，精度高，适用性广。
　　在以上研究工作的基础上，进行了双机器人厚板双面双弧焊接综合实验。实验结果表明，焊缝成形良好，双机器人协调动作稳定可靠。在主从协调运动中，从机器人相对主机器人运动有200～500ms的延时，但对低速焊接过程影响很小，从机器人能按预定要求跟随主机器人完成焊接任务。

目录

厚板双机器人焊接系统协调控制与离线编程研究

COORDINATION CONTROL AND OFFLINE PROGRAMING FOR DUAL-ROBOT WELDING SYSTEM OF THICK PLATE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 课题相关内容研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 双机器人焊接系统集成及通讯

2.1 双面双弧焊双机器人焊接系统总体设计

2.3 厚板双机器人焊接系统集成

2.3 双机器人系统通讯设计

2.4 本章小结

第3章 双机器人离线编程相关技术研究

3.1 双机器人离线仿真环境

3.2 多层多道焊填充策略优化

3.3 工件建模与坐标系标定

3.4 本章小结

第4章 厚板双机器人焊接系统协调控制

4.1 双机器人松协调控制及其实现

4.2 厚板双机器人焊接系统主从协调控制

4.3 本章小结

第5章 厚板双机器人双面双弧焊实验

5.1 厚板双机器人集散控制协调焊接实验

5.2 双机器人主从协调控制实验

5.3 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢