科技更新带动工业发展,目前在工业制造焊接线上已初步实现机器人焊接作业,但焊接工装方式仍多采用人工定位、装夹以及上下料,造成整个焊接工序耗时长,效率低,同时各个焊件的定位组对精度容易受到人工作业经验因素的影响。针对这些问题,本文以机架前车桥焊接智能工装设计为研究对象,立足于传统机架前车桥焊接站空间布局,设计出机器人化的工装,深入设计改造整个工装结构和功能,使其具备对焊件高精度自动识别、自动定位、自动上下料,并可将工装作业信息传送至焊接机器人,进一步规划焊接作业。首先提出了模块化工装结构布局理念,利用工装模块的运动对目标焊件完成上下料。为实现工装模块末端对多个焊件的统一定位装夹方式,通过分析前车桥多个焊件的结构和焊接工序,确定对前车桥多个焊件统一加工定位孔,利用定位孔和工装模块末端辅助定位机构完成目标焊件的定位夹紧。其次提出了基于单目视觉识别系统对目标焊件以及其位姿信息进行识别,通过工控机将识别的位姿信息发送至下位机工装模块,驱动工装模块末端自动对目标焊件进行抓取定位,确保目标焊件在工装上处于正确的位置和姿态后,工装模块运动至目标位置完成上下料作业。再次对所设计的工装运动模块用D-H法建立数学模型,并对其正运动学和逆运动学分析求解。在运动学分析基础上建立误差模型,结合Matlab软件对工装模块末端位姿进行误差仿真实验,通过分析比较所绘制的误差曲线图,确定影响工装模块末端位姿误差的主要因素,为后续提高智能工装模块末端位姿精度研究提供了理论支撑。最后本文详细设计机架前车桥智能工装的控制系统,通过分析前车桥焊接工装系统的功能和需求对各个软硬件部分进行选型搭建,选择采用西门子S7-200PLC作为工装模块运动控制系统;根据各个工序中工装模块对焊件的抓取定位和上下料流程完成前车桥焊接智能工装的软件程序设计。为了提高人机互动性能,使用WinCC flexible Standard软件设计了用户界面,用户界面可通过以太网与智能工装通信,这样在工业化的基础上融入了信息化,为未来进一步实现智能制造提供了重要的技术支撑。