機器人弧焊離線(xiàn)編程管理論文

　　摘要：在焊接機器人柔性加工單元應用中,為保證焊槍與焊縫在弧焊過(guò)程中始終處于接頭成型良好的焊接位置,需要機器人和變位機協(xié)調運動(dòng).ACADOLP弧焊離線(xiàn)編程系統實(shí)現了協(xié)調運動(dòng),闡述了該系統中的協(xié)調運動(dòng)的算法原理.將協(xié)調運動(dòng)分解為協(xié)調直線(xiàn)運動(dòng)和協(xié)調圓弧運動(dòng),并給出了一種實(shí)現系統協(xié)調運動(dòng)功能的方法,即變位機作為主手,機器人為從手,機器人跟蹤變位機進(jìn)行運動(dòng),實(shí)驗驗證了這種方法的可行性.

　　關(guān)鍵詞：機器人;離線(xiàn)編程;弧焊;協(xié)調運動(dòng)

　　由于弧焊的特殊性,機器人弧焊系統正由單機器人向機器人柔性加工單元和機器人柔性生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)展.與單機器人焊接最本質(zhì)的區別,弧焊機器人柔性加工單元或工作站能夠通過(guò)空間協(xié)調更有效地實(shí)現空間運動(dòng),保證焊槍與焊縫在弧焊過(guò)程中始終處于接頭成型良好的焊接位置.離線(xiàn)編程系統作為機器人編程的一種方式,極大地提高了機器人的編程效率[1].國外的離線(xiàn)編程系統如Igrip等也實(shí)現了系統協(xié)調運動(dòng)的仿真,但對于復雜工作單元的協(xié)調運動(dòng)往往不能實(shí)現[2].國內的一些科研院所在離線(xiàn)編程技術(shù)上進(jìn)行了很多的研究,并開(kāi)發(fā)了一些離線(xiàn)編程系統,但這些系統都處于單機仿真狀態(tài),沒(méi)有實(shí)現協(xié)調運動(dòng).哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接實(shí)驗室自主開(kāi)發(fā)了一套機器人弧焊離線(xiàn)編程與仿真系統———ACADOLP[3,4].本文對該系統中的協(xié)調運動(dòng)進(jìn)行了研究.

　　1.協(xié)調運動(dòng)系統的定義

　　在協(xié)調加工單元中,機器人連續弧焊作業(yè)時(shí),焊槍末端總是跟蹤焊縫不斷運動(dòng),根據笛卡爾空間的齊次變換描述,這種運動(dòng)可由如下矩陣方程表示:式中:Wrob-base為弧焊機器人基坐標相對于參考坐標系的位姿變換矩陣;Rrob(t)為焊槍坐標系相對機器人基坐標系的位姿齊次變換矩陣;Wpos.base為變位機基坐標系相對于參考坐標系的位姿變換矩陣;Ppos(t)為變位機工作臺固定坐標系相對于其基坐標系的齊次變換矩陣;Dpart為被焊目標點(diǎn)相對變位機的工作臺固定坐標系的齊次變換矩陣.方程左邊的矩陣描述弧焊機器人末端焊槍的空間位置和姿態(tài),而方程右邊的矩陣描述工件被焊點(diǎn)的位置和姿態(tài).對于任何協(xié)調運動(dòng)工作單元,其都可被抽象為參考坐標系、機器人基坐標系、變位機基坐標系、變位機動(dòng)坐標系來(lái)表示.

　　從工業(yè)機器人的控制及軌跡規劃方式看,不論機器人所走的軌跡多么復雜,其構成軌跡的線(xiàn)型要素只有兩種:直線(xiàn)和圓弧.通過(guò)這兩種基本線(xiàn)型的組合,構成各種復雜的軌跡.協(xié)調直線(xiàn)和協(xié)調圓弧算法相似,下面以機器人和變位機組合為例,對協(xié)調圓弧算法進(jìn)行介紹.

　　2.協(xié)調圓弧算法原理空間任意3點(diǎn)確定一個(gè)圓,因此,從機器人協(xié)調圓弧功能實(shí)現的角度來(lái)講,初始條件至少要有空間的3個(gè)點(diǎn).圓弧軌跡上的運動(dòng)可以描述為

　　空間協(xié)調圓弧軌跡的實(shí)現算法原理可以概括為:獲取空間圓弧在起始形位、中間過(guò)渡形位、結束形位的位置信息,利用相鄰的3個(gè)形位的位置信息求解得到圓弧軌跡在各自圓心坐標系(工件坐標系)中的參數方程,然后以此為條件,進(jìn)行空間圓弧軌跡規劃,最后以變位機為主手,機器人為從手,控制變位機以給定速度調整被焊工件的姿態(tài),根據機器人與變位機之間的相對坐標關(guān)系實(shí)時(shí)控制機器人跟蹤變位機運動(dòng),從而實(shí)現圓弧協(xié)調運動(dòng).在具體實(shí)現過(guò)程中,為了盡量消除示教過(guò)程中的誤差影響,對于多點(diǎn)(>3)協(xié)調示教,采取分段計算的辦法.如圖2所示,假設某圓弧上示教了n個(gè)形位:D15、D5、D35、D45、....、Dn5,那么在實(shí)現圓弧軌跡過(guò)程中將分為n-2段進(jìn)行,第一段由前3個(gè)形位確定,第二段由D25、D35、D45確定,以此類(lèi)推,...,第n-2段由Dn-25、Dn-15、Dn5確定.

　　3．協(xié)調運動(dòng)的仿真實(shí)現

　　本文采用了示教關(guān)鍵點(diǎn),進(jìn)行協(xié)調運動(dòng)的差補計算,然后仿真再現實(shí)現協(xié)調運動(dòng)的仿真功能.最后本文給出了機器人和變位機,機器人和導軌協(xié)調運動(dòng)仿真畫(huà)面.為方便用戶(hù)操作,開(kāi)發(fā)了一個(gè)類(lèi)似于實(shí)際示教盒的屏幕示教盒.該示教盒可實(shí)現關(guān)節運動(dòng)功能,機器人末端沿設備坐標系各坐標軸的平移,機器人末端沿工具坐標系各坐標軸的旋轉.圖形環(huán)境下的示教與機器人實(shí)際工作環(huán)境中的示教方式相比,屏幕示教并不存在效率低的問(wèn)題.

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