淺析焊接機(jī)器人離線編程軌跡修正

摘 要 工業(yè)機(jī)器人編程方式主要是示教編程和離線編程，離線編程可以克服示教編程的不足。本文通過對離線編程軌跡偏差的來源進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的修正方法，并對主程序設(shè)計進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 焊接機(jī)器人;離線編程;修正

工業(yè)機(jī)器人編程方式主要是示教編程和離線編程，面對當(dāng)前機(jī)器人的應(yīng)用情況和發(fā)展需要，示教編程已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)需求。離線編程可以克服示教編程的不足，并受到越來越多的重視[1]。但在離線編程時，由于多種復(fù)雜原因，實際運(yùn)行的軌跡與離線編程生成的軌跡之間存在一定的偏差。在某些焊接軌跡偏差敏感的焊接工況下，這種偏差可導(dǎo)致焊道搭接不良，影響焊接質(zhì)量。對此問題，一般的處理方法是以工件為參照對焊接軌跡直接進(jìn)行人工在線示教修正。采用人工示教修正，在進(jìn)行多層多道焊接時每一道都需要進(jìn)行人工修正，效率低下，占用機(jī)器人運(yùn)行時間長。通過離線編程批量修正焊接機(jī)器人軌跡，能夠提高多層多道焊軌跡修正效率，減少現(xiàn)場調(diào)試時間。

1離線編程軌跡偏差的來源

機(jī)器人離線軌跡偏差的來源主要有TCP（工具中心點）的測量誤差、工件誤差、機(jī)器人裝配與絕對定位誤差三個方面。焊槍作為焊接機(jī)器人的工具，每次進(jìn)行更換后都需要重新做TCP校準(zhǔn)，但TCP校準(zhǔn)只能使誤差較小，而不能消除誤差。工件誤差有兩方面：一方面是工件模型的誤差，即離線編程環(huán)境中的虛擬模型尺寸與真實世界中工件尺寸存在的誤差;另方面是工件位置誤差，即離線編程環(huán)境中的虛擬模型的位置與真實世界中工件位置存在的誤差。通過三點法等校準(zhǔn)方法可以減小由工件引起的誤差，同樣無法消除誤差。機(jī)器人自身的誤差也包括兩個方面，一是機(jī)器人本身在加工與裝配過程中所產(chǎn)生的誤差，與其設(shè)計時的DH參數(shù)不可能完全相同，從而產(chǎn)生誤差;二是機(jī)器人絕對定位誤差，由于技術(shù)所限，目前所有機(jī)器人都是重復(fù)定位精度高而絕對定位精度低。

2離線編程軌跡偏差修正方法

對于多層多道焊接，焊接軌跡一般為有幾何規(guī)律的形狀，可以建立數(shù)學(xué)模型從而進(jìn)行參數(shù)化離線編程，進(jìn)而實現(xiàn)一條焊接軌跡由一組定義軌跡形狀和位置的參數(shù)生成。將所有生成焊接軌跡的參數(shù)進(jìn)行表格化，便可實現(xiàn)一次讀取軌跡參數(shù)文件批量生成焊接軌跡的目的，這是進(jìn)行批量軌跡修正的基礎(chǔ)。

基于參數(shù)化離線編程的基礎(chǔ)，軌跡批量修正的原理為，首先在離線編程系統(tǒng)中設(shè)計一道基準(zhǔn)軌跡，然后在實際工件上手動將基準(zhǔn)軌跡手動示教為的理論軌跡，最后通過基準(zhǔn)軌跡和理想軌跡的程序文件計算對應(yīng)步點的修正量，將修正量保存為軌跡修正參照表文件。在離線編程系統(tǒng)中重新生成焊接程序時，同時讀取焊接軌跡生成參數(shù)表和軌跡修正參照表，批量生成焊接軌跡的同時將軌跡修正參照表中的修正量疊加至焊接軌跡上，從而對所有焊接軌跡進(jìn)行批量修正。

3軌跡修正參照表計算程序

進(jìn)行修正表計算時，首先記錄下修正點修正前的坐標(biāo)，修正后再記錄下修正后的坐標(biāo)，每個修正量有X，Y，Z三個分量，每個分量都是千位數(shù)后加小數(shù)點后三位數(shù)的減法運(yùn)算，用來修正軌跡的基準(zhǔn)軌跡中程序步點一般為幾十個，若采用人工計算，效率非常低下，而且極易出錯，將嚴(yán)重影響編程效率。針對這一問題，基于LabView設(shè)計了專門用于生成軌跡修正參照表文件的程序。

3.1 主程序設(shè)計

程序計算軌跡修正量的原理，簡單地講就是由計算機(jī)對比基準(zhǔn)軌跡修正前與修正后的程序文件，找出兩個文件中所有步點坐標(biāo)位置行的差異，然后兩個文件的差異計算出對應(yīng)的修正量。主程序主要包括了讀取文件子程序，對比查找子程序，計算生成子程序設(shè)計。

3.2 讀取文件子程序

讀取文件子程序根據(jù)程序界面輸入的修正前和修正后軌跡文件的路徑，首先打開文件，然后讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)，最后將文件關(guān)閉，程序文件每個步點的數(shù)據(jù)按上述的步點格式按行緩存在數(shù)組A和數(shù)組B中。

3.3 對比查找子程序

對比查找子程序首先從第一行開始對數(shù)組A和B中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，判斷數(shù)據(jù)是否相同，若不同，將此行數(shù)據(jù)分別保存在數(shù)組C和D中，然后進(jìn)行下一行的對比;若相同，將空格分別保存在對應(yīng)的數(shù)組中，然后進(jìn)行下一行的對比，逐行進(jìn)行上述操作，直到最后一行結(jié)束。

將對比后的數(shù)組C和D再進(jìn)行逐行分離，由于機(jī)器人軌跡程序中定義步點坐標(biāo)的行首字符為XZY，所以判斷行首字符是否為XYZ，若是，則從該行分離出修正前和修正后該步點的X，Y，Z坐標(biāo)，分別保存在數(shù)組E、F中;若不是，跳過，對下一行進(jìn)行分離。圖1為對比查找子程序流程。

3.4 計算生成子程序

計算生成子程序?qū)⒋鎯υ跀?shù)組E、F中的x，y，z坐標(biāo)逐行相減，得到軌跡修正量，然后添加字符修改為軌跡修正表所需的格式，最后根據(jù)程序界面選擇的信息，在對應(yīng)目錄下生成對應(yīng)文件名的文件。

4結(jié)束語

圖2為焊接軌跡修正前和修正后焊道的成形對比，可以看出軌跡修正前焊道與坡口搭接的非常不整齊，有的位置與坡口搭接合適，有的位置與管子搭接太多，導(dǎo)致出現(xiàn)和鋸齒狀溝槽，有些位置與管子搭接太少，導(dǎo)致了未熔合;而軌跡修正后，焊道與坡口搭接的量非常合適，焊道外觀平齊。通過軌跡修正量計算專用程序可以極大縮短軌跡修正參照文件制作的時間，提高軌跡修正效率，使得機(jī)器人離線編程軌跡批量修正能夠?qū)崿F(xiàn)工程化應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟國軍.工業(yè)機(jī)器人離線編程系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].武漢：華中科技大學(xué)2011.

作者簡介

肖鵬（1988-），男，陜西省周至縣人;學(xué)歷：碩士研究生，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：一重集團(tuán)大連核電石化有限公司，研究方向：焊接自動化。