论文部分内容阅读
焊接机器人已逐渐成为自动化生产线上的重要组成部分,现今应用的焊接机器人以点焊为主,依靠人工示教及离线编程完成焊接任务。由于复杂轨迹的机器人弧焊示教编程较为困难,且存在焊枪末端抖动、速度波动以及轨迹规划过程中出现的奇异点等问题,使得弧焊机器人应用的广泛性相对较低。开展弧焊机器人轨迹规划和优化方法的研究对机器人弧焊的实际应用具有较大的现实意义。本文以圆管相贯线焊缝为研究对象,开展下列研究:(1)根据给出的相贯线焊缝原始点数据,使用NURBS曲线拟合焊缝曲线,并采用迭代的方法确定满足轮廓误差的最少控制点个数。提出一种低速度波动率的插补点参数求解方法,采用一阶泰勒公式求解下一个插补点,通过牛顿法迭代减小速度波动率,避免了复杂的高阶求导并满足给定速度波动率要求。给出一种焊枪姿态规划方法,利用理论相贯线模型进行焊枪姿态插补,根据理论相贯线与实际焊缝的偏差对求得的焊枪姿态进行了修正。使用Matlab软件对所提方法进行仿真验证。结果表明,该方法得到的焊缝曲线可以满足轮廓误差,插补点及焊枪姿态也均满足要求。(2)根据所研究ABB IRB1410型机器人的结构及尺寸,使用D-H法建立机器人运动学模型,同时推导出机器人逆运动学封闭解的求解方法。在此基础上,针对机器人关节角活动范围、奇异点位置等逆解限制条件,设计机器人的逆解筛选方法。在Matlab中建立IRB1410机器人运动学模型,并编写机器人逆运动学封闭解法以及逆解筛选方法的Matlab程序,利用Robotic Toolbox工具箱验证方法的正确性。(3)考虑机器人焊接作业的实际条件,进行机器人相贯线焊缝焊接工件布局问题的求解。以机器人能耗及机器人可操作性为优化目标,以机器人关节运动范围、关节速度范围、奇异点、机器人工作空间范围为约束条件,建立工件布局问题的数学模型。基于遗传算法设计工件布局问题的求解方法流程,在Matlab中编写相关程序,完成工件布局问题的求解,验证工件布局优化问题数学模型及求解方法的正确性。(4)在Robot Studio软件中建立模拟实际的机器人工作单元,根据前文中获取的机器人逆解数据编写Rapid程序并运行,记录运行时机器人六轴位移数据和TCP轨迹。仿真结果表明焊缝曲线构建、机器人建模和求解工作的正确性。在对管件进行预处理的基础上,进行机器人焊接实验。实验结果表明本文所设计的机器人相贯线焊缝焊接轨迹规划方法可用于实际的机器人焊接任务中。