【摘 要】
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手动示教和离线编程是焊接机器人常用的编程方式。与手动示教相比,离线编程允许用户在仿真环境下完成示教操作,提升编程效率,保障操作者安全。以机器人为核心的焊接工作站通常具备与之配合的外部伺服设备,具备多自由度、焊接工艺依赖等特点,使用常规的离线编程软件操作繁琐,因此本文以现有的焊接机器人工作站为背景,开发一款具备场景搭建、运动控制、轨迹示教、运动仿真、作业生成等功能的专用型离线编程系统。本文的主要工作
【基金项目】
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济南重工股份有限公司与山东大学共同承担的省级重大科技创新工程“盾构机超厚板复杂大型结构件焊接机器人系统”的子课题
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手动示教和离线编程是焊接机器人常用的编程方式。与手动示教相比,离线编程允许用户在仿真环境下完成示教操作,提升编程效率,保障操作者安全。以机器人为核心的焊接工作站通常具备与之配合的外部伺服设备,具备多自由度、焊接工艺依赖等特点,使用常规的离线编程软件操作繁琐,因此本文以现有的焊接机器人工作站为背景,开发一款具备场景搭建、运动控制、轨迹示教、运动仿真、作业生成等功能的专用型离线编程系统。本文的主要工作与研究内容如下:（1）首先确定了离线编程系统的技术路线,选择OpenSceneGraph（OSG）三维渲染引擎和QT框架作为开发工具;接着设计了离线编程系统的模块架构与技术路线,并对系统的关键功能及工作流程做出描述。（2）针对仿真设备的运动控制,本文首先基于D-H参数法完成了工作站中六轴机器人、变位机以及旋转吊臂的运动学建模,确保模型与实际设备运动的一致性;然后将各设备的运动学模型相互关联,完成了工作站整体的运动学分析,并建立了与实际工作站一致的坐标系统。（3）针对仿真设备的轨迹规划,本文研究了机器人在笛卡尔空间下的直线路径、圆弧路径的位置插补算法以及基于四元数的球面线性姿态插补算法,同时还设计了简易的关节空间等角度插补算法。（4）完成了离线编程系统各模块的开发。场景管理模块:使用QT和OSG技术搭建了三维渲染环境,实现了设备模型和工件模型的导入与装配。运动控制模块:基于运动学建模和三维模型位姿变换,实现了机器人等设备模型的手动控制与仿真运动;轨迹仿真模块:基于运动控制功能和轨迹规划算法,实现了虚拟示教、轨迹插补、机器人沿插补轨迹的运动仿真等功能,并利用OSG绘图技术实现了工具末端运行轨迹的绘制与显示。后置代码模块:分析了 Fanuc系统的作业文件格式以及常用指令形式,实现了虚拟示教路径转化为机器人可执行文件,从而驱动实际设备按照示教结果运行。（5）以现有焊接工作站为平台完成了离线编程系统的实机测试。通过位形对比测试、单道焊接测试以及综合性轨迹测试,验证了离线编程系统的虚拟示教、模型控制、运动仿真、作业生成等功能。测试结果表明各模块功能正常,系统符合设计预期,具备一定的可用性。
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