弧焊機(jī)器人工作站智能化技術(shù)研究.pdf

1、近年來，兵器行業(yè)建立了幾十套11個(gè)自由度的機(jī)器人焊接工作站，并在繼續(xù)推廣應(yīng)用。然而目前弧焊機(jī)器人采用示教編程，編程效率低且沒有智能化，機(jī)器人再現(xiàn)焊接時(shí)沒有視覺，不能感知焊接真實(shí)環(huán)境的變化，實(shí)際應(yīng)用局限性大的企業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀，提高機(jī)器人編程的效率和質(zhì)量以及智能傳感和自動(dòng)補(bǔ)償能力意義重大，研究焊接機(jī)器人智能化技術(shù)是多學(xué)科交叉的前沿課題。 本文提出了一個(gè)融合視覺傳感信息的機(jī)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(guān)鍵技術(shù)展開研究。 機(jī)器人焊接過程三維仿真是離線編程的圖形平臺(tái)，提出了一個(gè)新的開發(fā)方式實(shí)現(xiàn)三維圖形仿真系統(tǒng)，即自主開發(fā)基于C/S結(jié)構(gòu)的包含OLE項(xiàng)的機(jī)器工作站離線編程系統(tǒng)WROBCAM，通過COM接口實(shí)現(xiàn)焊接工件三維圖形及幾何拓?fù)湫畔⒌臒o縫集成。目前焊接機(jī)器人圖形仿真采用二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)，存在開放性差、仿真效果不理想、無自主產(chǎn)權(quán)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?qū)ο蟮木幊套灾?/p>

3、開發(fā)了三自由度龍門機(jī)架、六自由度關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人和兩自由度變位機(jī)的三維造型及焊接過程圖形仿真系統(tǒng)。對(duì)一類關(guān)節(jié)型焊接機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算問題，給出了通用解。 焊接工件特征設(shè)計(jì)是解決機(jī)器人焊接CAD與CAPP、CAM系統(tǒng)集成的重要支撐技術(shù)之一。探討了焊接產(chǎn)品特征的定義與分類以及特征造型方法，提出了自動(dòng)焊接裝配的概念。提出了一種復(fù)合方式開發(fā)焊接標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的變量化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了焊接標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的特征設(shè)計(jì)。提出特征庫(kù)的變量化設(shè)計(jì)方法

4、，建立了各種坡口特征庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了基于特征庫(kù)的坡口特征設(shè)計(jì)，并提出了一種改進(jìn)的坡口特征設(shè)計(jì)方法。實(shí)現(xiàn)了接頭特征設(shè)計(jì)及基于接頭特征的自動(dòng)焊接裝配。 為實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品的信息集成和管理，提出了焊接產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）的功能，建立了焊接產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，解決了與Solid Edge的雙向數(shù)據(jù)流動(dòng)，實(shí)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(biāo)系的概念，實(shí)現(xiàn)了焊縫特征的識(shí)別、提取。 焊接工藝規(guī)劃和機(jī)器人路徑規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)編程智能化的關(guān)

5、鍵。針對(duì)空間焊縫機(jī)器人焊接工藝規(guī)劃問題，提出了一種新的技術(shù)途徑，將空間焊縫分解為一個(gè)立坡焊和橫坡焊的組合，設(shè)計(jì)了空間焊縫焊接工藝的推理策略，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)裝甲車輛的富氬氣體保護(hù)焊工藝規(guī)劃。針對(duì)重型產(chǎn)品的大型機(jī)器人工作站的無碰路徑規(guī)劃問題，分析了其特點(diǎn)，提出轉(zhuǎn)化為機(jī)器人機(jī)座的位置優(yōu)化和路徑及軌跡聯(lián)合優(yōu)化兩個(gè)問題。 對(duì)機(jī)器人機(jī)座的位置優(yōu)化問題，建立了多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)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(yīng)度函數(shù)，經(jīng)過大量

6、實(shí)踐獲得了合適的參數(shù)?；谠撍惴▽?duì)典型空間相貫線焊縫優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，并下載到機(jī)器人控制器執(zhí)行焊接實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，通過該算法可以快速找到接近目標(biāo)最優(yōu)解，方法正確可行，機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，獲得了良好的焊縫。 對(duì)路徑及軌跡聯(lián)合優(yōu)化問題，提出融合基于知識(shí)、遺傳算法和人工勢(shì)場(chǎng)法、柵格搜索法等技術(shù)途徑來解決。根據(jù)該問題特點(diǎn)，改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)建立了引力場(chǎng)勢(shì)函數(shù)和斥力場(chǎng)勢(shì)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(duì)炮塔多段長(zhǎng)直焊縫優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，并對(duì)優(yōu)

7、化結(jié)果圖形仿真，達(dá)到了預(yù)期效果。 提出了機(jī)器人自適應(yīng)焊接的技術(shù)內(nèi)涵，針對(duì)大厚件，設(shè)計(jì)了適合接縫尋位、接縫跟蹤、接頭特征提取等功能的結(jié)構(gòu)光視覺傳感系統(tǒng)。建立了結(jié)構(gòu)光視覺傳感系統(tǒng)，分析了圖象干擾信號(hào)的特點(diǎn)，硬件上采用結(jié)構(gòu)光和復(fù)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(hào)，采用雙浮動(dòng)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(yàn)知識(shí)的接頭特征點(diǎn)提取措施，獲得了接頭形狀和焊接特征