多层多道焊路径自动规划及双机器人协调研究

论文摘要

大型厚板在船舶、高压容器等领域广泛应用,传统焊接工艺工序多,产品的质量稳定性差,生产效率低,只适合应用于手工焊和半自动焊中,工人劳动强度大,生产环境恶劣。为此,我们提出了一种高效的厚板双面双弧焊工艺,该工艺可以简化工艺流程,提高生产率、减小变形和改善焊缝质量,适合于机器人焊接。基于这种高效的双面双弧焊工艺,我们提出了“双机器人厚板双面双弧焊”。为实现双机器人系统的集成与协调控制,必须解决诸多关键技术,本文对其中的多层多道路径规划、厚板双机器人焊接的离线编程、双机器人主从协调算法进行了研究。首先,在基于SolidWorks的离线编程系统上开发出针对厚板焊多层多道焊接路径规划模块,采用焊道截面规划,通过等面积、等高和自定义三种规划方式,实现了离线对多层多道焊接路径的规划。这种离线规划方式避免了传统在线示教的缺点,提高多层多道焊规划效率。其次,在离线编程系统中建立了KUKA机器人的仿真设备,建立了双机器人厚板焊接的工作单元;通过建立“指令目录”来实现了多机器人编程指令的管理,通过“时序”的控制双机器人的协调,从而实现双机器人厚板焊接仿真,并能够由指令目录直接生成机器人任务文件,实现了双机器人厚板双面双弧焊过程的“离线示教”。最后,针对双机器人的协调控制,推导了以一台机器人为主,另一台机器人随动的主从协调算法。经过初步实验,能够通过多层多道离线规划,快捷地生成机器人任务文件,从而实现多层多道焊接,在仿真环境采用主从协调算法,实现了机器人的主从运动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 弧焊机器人离线编程系统概述
• 1.2.1 商用离线编程系统
• 1.2.2 弧焊机器人离线编程技术研究现状
• 1.3 厚板多层多道焊路径规划研究现状
• 1.4 多机器人焊接系统概况
• 1.4.1 工业机器人系统协调运动控制方法及在弧焊中的应用
• 1.4.2 多机器人柔性焊接系统研究现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 多层多道焊路径自动规划
• 2.1 多层多道焊路径规划方式
• 2.1.1 坡口截面的焊道排布规划
• 2.1.2 焊道截面规划
• 2.1.3 焊接顺序规划
• 2.1.4 焊枪位置姿态的调整
• 2.2 规划模块的开发
• 2.2.1 开发平台
• 2.2.2 多层多道焊接路径规划数据的对象化封装
• 2.2.3 多层多道焊接路径规划编程
• 2.2.4 路径规划程序界面及操作
• 2.3 路径规划模块与离线编程系统的集成
• 2.4 本章小结
• 第3章 厚板双机器人焊接离线编程
• 3.1 机器人离线编程系统
• 3.2 机器人建模
• 3.2.1 机器人的运动学属性
• 3.2.2 KUKA机器人设备建模
• 3.3 双机器人焊接工作单元的建立
• 3.4 双机器人焊接离线仿真及编程
• 3.4.1 双机器人厚板双面双弧多层多道焊工艺
• 3.4.2 双机器人厚板双面双弧焊仿真及编程原理
• 3.4.3 针对厚板多层多道焊接的双机器仿真及离线编程
• 3.5 本章小结
• 第4章 厚板双机器人双面双弧焊协调控制
• 4.1 双机器人分布式集散控制系统
• 4.2 双面双弧焊机器人主从协调控制模型
• 4.2.1 双机器人协调运动问题描述
• 4.2.2 主从协调运动数学模型
• 4.3 本章小结
• 第5章 初步实验
• 5.1 多层多道焊路径规划实验
• 5.1.1 实验条件
• 5.1.2 实验步骤
• 5.1.3 实验工件
• 5.1.4 实验结果与分析
• 5.2 机器人主从协调算法验证
• 5.2.1 实验步骤
• 5.2.2 实验结果与分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢