白车身侧围外板总成机器人工位的建模、规划及仿真

论文摘要

机器人工位是白车身焊装线最重要的组成部分。虚拟环境下机器人工位的建模、规划与仿真技术是目前国内外白车身焊装线的研究重点。本文以白车身侧围外板总成机器人工位为例,着重研究在虚拟环境下工位的物理建模、焊接工序规划、机器人作业规划和仿真建模等关键内容,并最终基于CAD和eM-Power实现了该机器人工位的建模、规划和仿真。本文首先对机器人工位的物理建模进行了研究。首先确定工位的设计方案和生产方案,创建工作台的CAD模型,将所有模型导入仿真平台后,对工位机器人、焊钳和夹具的运动链进行分析,创建了工位的运动模型并定义工位各设备的运动状态,实现工位的物理模型。在完成焊点的特征建模、焊钳的焊点位姿规划和焊点的工艺分组后,研究了机器人工位的焊接工序规划。通过对焊点组的划分简化焊接工序的数学模型,降低了计算难度,提高了规划的计算效率。根据算法的适用性,我们选择了贪婪算法解决焊接顺序规划,通过第六章的仿真分析,结果表明此算法较为合理。本文还进行了机器人放置和运动路径规划研究。结合EM-Power的机器人放置模块,在可视化的环境中通过检验焊钳的奇异位姿来调整机器人的放置位置,并实现机器人的可视化放置;然后给出机器人运动路径规划的两种可行方法:代价函数法和数值符号法,最后基于数值符号法实现了机器人的运动路径规划。最后本文进行了仿真建模的研究。基于对工位时序的分析创建了机器人工位的SOP（Sequence of Operations）文件以进行工位的干涉检验仿真和生产节拍仿真,验证焊接工序规划和机器人作业规划的合理性。本文对白车身侧围外板总成机器人工位进行了虚拟环境下的建模、规划与仿真。本文的研究方法有效地降低了机器人工位设计的难度和周期,提升了工位的生产效率和设计质量,其结果对白车身焊装线的机器人工位设计具有很好的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景及其研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究的主要内容
• 第二章 白车身侧围外板总成机器人工位分析
• 2.1 白车身结构
• 2.2 侧围外板总成
• 2.3 截面形式分析
• 2.4 焊装工艺分析
• 2.4.1 焊装工艺流程
• 2.4.2 电阻点焊工艺分析
• 2.4.3 侧围外板总成的点焊结构工艺性分析
• 2.5 工位结构分析
• 2.6 小结
• 第三章 工位的设计方案和生产方案研究
• 3.1 工位的设计方案分析
• 3.1.1 设计原则
• 3.1.2 设计方案分析
• 3.2 两机器人工位的生产方案分析
• 3.3 焊装工作台的设计
• 3.4 小结
• 第四章 工位的物理建模
• 4.1 物理建模流程
• 4.2 基于MDT 的夹具实体建模
• 4.2.1 基于特征的零件建模方法
• 4.2.2 基于装配关系的夹具关联设计
• 4.2.3 基于表驱动技术的通用件实体建模
• 4.3 CAD 模型导入仿真环境
• 4.3.1 CAD 互通（CAD Integration）导入
• 4.3.2 CAD 数据转换（CAD Translation）导入
• 4.4 仿真环境下运动模型的建立
• 4.4.1 运动链的定义
• 4.4.2 设备状态的定义
• 4.5 小结
• 第五章 焊接工序规划和机器人作业规划
• 5.1 焊接工序规划
• 5.1.1 仿真环境下的焊点处理
• 5.1.2 焊点任务分配规划
• 5.1.3 焊接顺序规划
• 5.2 机器人作业规划
• 5.2.1 与工位仿真有关的坐标系
• 5.2.2 机器人放置问题研究
• 5.2.3 机器人运动轨迹规划
• 5.3 小结
• 第六章 工位的仿真建模与应用
• 6.1 工位的仿真建模
• 6.1.1 SOP 研究
• 6.1.2 侧围外板总成工位SOP 的创建
• 6.2 仿真与结果分析
• 6.3 机器人离线编程
• 6.4 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文研究总结
• 7.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果