复杂框架结构机器人无碰焊接路径及轨迹规划研究

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随着焊接自动化技术的发展,焊接机器人作为焊接自动化技术的关键设备日益发挥出重要的作用。作为焊接机器人之一的点焊机器人在应用初期因工作简单、任务量小,涉及其路径及轨迹规划的研究较少。但伴随着制造业特别是汽车工业的发展,点焊机器人在得到广泛应用的同时,其焊接任务也日益繁重和复杂,因此对担任复杂任务的点焊机器人的焊接路径及轨迹规划方法进行研究显得很有必要。论文以汽车侧围结构为基础,研究了复杂框架结构机器人无碰焊接路径及轨迹规划的方法,重点研究了焊接顺序优化方法、复杂框架建模方法、无碰路径避障策略及点焊机器人轨迹规划技术等,并对提出的规划方法进行了实例论证与仿真研究。论文主要研究内容有:(1)在对点焊工艺系统进行分析的基础上,运用蚁群算法对分组后的侧围焊点的焊接顺序进行了优化求解。基于焊点分组策略的焊接顺序优化,考虑了焊接工艺因素对焊接顺序的影响,更有工程实用价值。(2)以侧围外板为对象分析了复杂框架焊件的结构特点,确定采用线框模型对复杂框架结构的焊件进行建模。该模型能充分表达框架结构的特点,与以往的多面体模型相比有较少的冗余信息、较低的模型数据量,有利于提高后续避障运算的效率。(3)以C型点焊焊枪为例分析了焊枪的结构及运动特点对碰撞检测与处理的影响;在建立的侧围外板线框模型的基础上,分析了碰撞过程参数对碰撞处理的影响,最终确定了基本避障处理和动态避障处理相结合的避障策略。该避障策略基于复杂框架的线框模型,用空间动态向量表达避障关键参数,对焊枪结构变化有一定适应能力,计算简单、高效。(4)根据点焊机器人轨迹特点,结合一般机器人轨迹规划方法,最终确定了在焊接轨迹处采用直角坐标空间的轨迹规划方法,而在非焊接轨迹处采用关节空间多项式插值以及直角坐标空间圆弧插值相结合的轨迹规划方法。(5)根据本文的规划方法,采用VisualBasic编制了规划软件,并完成了侧围外板无碰焊接路径及轨迹规划;采用离线编程软件RobotStudio进行了侧围外板的焊接轨迹进行了仿真,验证了规划方法的可行性和有效性。
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