弧焊機器人工作站智能化技術研究.pdf

1、近年來，兵器行業(yè)建立了幾十套11個自由度的機器人焊接工作站，并在繼續(xù)推廣應用。然而目前弧焊機器人采用示教編程，編程效率低且沒有智能化，機器人再現(xiàn)焊接時沒有視覺，不能感知焊接真實環(huán)境的變化，實際應用局限性大的企業(yè)應用現(xiàn)狀，提高機器人編程的效率和質量以及智能傳感和自動補償能力意義重大，研究焊接機器人智能化技術是多學科交叉的前沿課題。 本文提出了一個融合視覺傳感信息的機器人焊接CAD/CAPP/CAM/PDM的智能化系統(tǒng)（WROBCA

2、M）總體方案，并圍繞關鍵技術展開研究。 機器人焊接過程三維仿真是離線編程的圖形平臺，提出了一個新的開發(fā)方式實現(xiàn)三維圖形仿真系統(tǒng)，即自主開發(fā)基于C/S結構的包含OLE項的機器工作站離線編程系統(tǒng)WROBCAM，通過COM接口實現(xiàn)焊接工件三維圖形及幾何拓撲信息的無縫集成。目前焊接機器人圖形仿真采用二次開發(fā)實現(xiàn)，存在開放性差、仿真效果不理想、無自主產權等問題，本文在VC++開發(fā)環(huán)境下，使用OpenGL圖形開發(fā)工具，基于面向對象的編程自主

3、開發(fā)了三自由度龍門機架、六自由度關節(jié)型弧焊機器人和兩自由度變位機的三維造型及焊接過程圖形仿真系統(tǒng)。對一類關節(jié)型焊接機器人的運動學計算問題，給出了通用解。 焊接工件特征設計是解決機器人焊接CAD與CAPP、CAM系統(tǒng)集成的重要支撐技術之一。探討了焊接產品特征的定義與分類以及特征造型方法，提出了自動焊接裝配的概念。提出了一種復合方式開發(fā)焊接標準件、通用件的變量化設計方法，實現(xiàn)了焊接標準件、通用件的特征設計。提出特征庫的變量化設計方法

4、，建立了各種坡口特征庫，實現(xiàn)了基于特征庫的坡口特征設計，并提出了一種改進的坡口特征設計方法。實現(xiàn)了接頭特征設計及基于接頭特征的自動焊接裝配。 為實現(xiàn)焊接產品的信息集成和管理，提出了焊接產品數(shù)據管理（PDM）的功能，建立了焊接產品數(shù)據模型，解決了與Solid Edge的雙向數(shù)據流動，實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的信息共享和集成管理。提出了焊縫特征坐標系的概念，實現(xiàn)了焊縫特征的識別、提取。 焊接工藝規(guī)劃和機器人路徑規(guī)劃是實現(xiàn)編程智能化的關

5、鍵。針對空間焊縫機器人焊接工藝規(guī)劃問題，提出了一種新的技術途徑，將空間焊縫分解為一個立坡焊和橫坡焊的組合，設計了空間焊縫焊接工藝的推理策略，實現(xiàn)了針對裝甲車輛的富氬氣體保護焊工藝規(guī)劃。針對重型產品的大型機器人工作站的無碰路徑規(guī)劃問題，分析了其特點，提出轉化為機器人機座的位置優(yōu)化和路徑及軌跡聯(lián)合優(yōu)化兩個問題。 對機器人機座的位置優(yōu)化問題，建立了多目標優(yōu)化數(shù)學模型及解決方法，采用遺傳算法為優(yōu)化方法，建立了本問題的適應度函數(shù)，經過大量

6、實踐獲得了合適的參數(shù)?；谠撍惴▽Φ湫涂臻g相貫線焊縫優(yōu)化實驗，并下載到機器人控制器執(zhí)行焊接實驗，結果表明，通過該算法可以快速找到接近目標最優(yōu)解，方法正確可行，機器人關節(jié)運動平穩(wěn)，獲得了良好的焊縫。 對路徑及軌跡聯(lián)合優(yōu)化問題，提出融合基于知識、遺傳算法和人工勢場法、柵格搜索法等技術途徑來解決。根據該問題特點，改進人工勢場建立了引力場勢函數(shù)和斥力場勢函數(shù)，并提出了路徑及軌跡聯(lián)合優(yōu)化策略，基于該策略，對炮塔多段長直焊縫優(yōu)化實驗，并對優(yōu)

7、化結果圖形仿真，達到了預期效果。 提出了機器人自適應焊接的技術內涵，針對大厚件，設計了適合接縫尋位、接縫跟蹤、接頭特征提取等功能的結構光視覺傳感系統(tǒng)。建立了結構光視覺傳感系統(tǒng)，分析了圖象干擾信號的特點，硬件上采用結構光和復合濾光處理，軟件上采用平滑和Sobel銳化或Canny水平算子剔除弧光、飛濺干擾信號，采用雙浮動閾值分割和圖象輪廓提取及連接獲取較干凈的接縫線條。提出了融合先驗知識的接頭特征點提取措施，獲得了接頭形狀和焊接特征