機(jī)器人弧焊離線編程系統(tǒng)及其自動編程技術(shù)的研究.pdf

1、根據(jù)我國焊接機(jī)器人的應(yīng)用情況和發(fā)展需要，焊接機(jī)器人的離線編程與仿真技術(shù)是應(yīng)當(dāng)重視的新技術(shù)之一。智能化正成為離線編程系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，為研制出智能化的弧焊離線編程系統(tǒng)及滿足遙控焊接的需要，本文針對機(jī)器人離線編程與仿真系統(tǒng)的基本支撐技術(shù)以及弧焊應(yīng)用中的輔助編程技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　本文選擇了Solidworks作為離線編程與仿真系統(tǒng)的運行平臺，針對編程與仿真的基本功能需要，對系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行了劃分，共有設(shè)備建模、工作單元布局、路徑、運

2、動仿真等十個基本模塊。在系統(tǒng)實現(xiàn)中采用了三層關(guān)系的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，即工作單元類、設(shè)備類和關(guān)節(jié)類。對各基本功能模塊的特點和關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)方法進(jìn)行了介紹，采用了一些新的編程技術(shù)，使得系統(tǒng)的實現(xiàn)更加方便合理，如采用結(jié)構(gòu)化存儲技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)備對象的存儲和重構(gòu)，采用堆棧和線程技術(shù)有效地實現(xiàn)了機(jī)器人的運動控制等。
　　實現(xiàn)了六旋轉(zhuǎn)自由度的工業(yè)機(jī)器人逆運動學(xué)求解的通用算法，該算法的思想是利用符號來表示機(jī)器人的各桿件參數(shù)，對機(jī)器人的正運動學(xué)方程進(jìn)

3、行擴(kuò)展和求解。具體給出了在算法求解過程中的符號處理及計算過程，以及求解各關(guān)節(jié)角的方程組的構(gòu)建方法，解決了在求解過程中的矩陣奇異問題，最終獲得了六旋轉(zhuǎn)自由度工業(yè)機(jī)器人逆運動學(xué)求解的通用解析解。實現(xiàn)了二旋轉(zhuǎn)自由度變位機(jī)的通用逆運動學(xué)算法，該算法的思想是利用符號的方法來表示變位機(jī)的各桿件參數(shù)，并利用符號矩陣來表示變位機(jī)同世界坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系。給出了焊接位置的數(shù)學(xué)模型，通過系統(tǒng)中各坐標(biāo)系間的位姿關(guān)系，構(gòu)建了求解變位機(jī)關(guān)節(jié)角的運動學(xué)方程，最終

4、獲得了2R變位機(jī)關(guān)節(jié)角求解的通用解析表達(dá)式形式。這兩個算法的實現(xiàn)保證了系統(tǒng)能夠用于不同機(jī)器人和機(jī)器人系統(tǒng)的編程和仿真。
　　在基本功能模塊的基礎(chǔ)上，集成了以往焊接參數(shù)規(guī)劃、路徑規(guī)劃等的研究成果，并對焊接特征建模技術(shù)、機(jī)器人放置規(guī)劃技術(shù)、焊接路徑的曲線描述方法進(jìn)行了研究，形成了一個比較完整的、針對弧焊應(yīng)用的輔助編程系統(tǒng)。在焊接特征建模實現(xiàn)中，將焊接特征分為板特征和接頭特征，重點突出了焊縫建模的功能以及接頭特征信息提取功能，焊接接頭特

5、征對象為特征建模系統(tǒng)和離線編程系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的接口。給出了一種利用模擬退火遺傳算法解決機(jī)器人弧焊應(yīng)用中的機(jī)器人放置問題的方法，介紹了模擬退火遺傳算法的原理，給出了優(yōu)化過程中的多運動學(xué)目標(biāo)準(zhǔn)則以及目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)造，確立了機(jī)器人放置規(guī)劃的實現(xiàn)步驟，對算法進(jìn)行了驗證。給出了利用有限元Marc軟件進(jìn)行分析得出最小變形的焊接順序組合，從而實現(xiàn)焊接順序規(guī)劃的方法。采用“基于迭代最近點的B樣條曲線擬合方法”得到了焊縫的曲線方程描述，給出了flux子程序

6、中焊接熱源中心位置的計算方法和實現(xiàn)過程，并實驗對比分析了此種方法的正確性。給出了焊槍路徑的NURBS實時插補器實現(xiàn)方法。
　　多機(jī)器人系統(tǒng)是指若干個機(jī)器人通過合作與協(xié)調(diào)而完成某一任務(wù)的系統(tǒng)。給出了對多機(jī)器人工作單元的建立及對多機(jī)器人編程的支持情況說明，闡述了多機(jī)器人程序的編制過程，給出了多機(jī)器人編程時指令管理的方法，實現(xiàn)了對多機(jī)器人運動時序的控制。重點研究了多機(jī)器人程序編制完成后的總仿真實現(xiàn)技術(shù)，通過各機(jī)器人對象本身對代碼進(jìn)行解釋