ABB弧焊機(jī)器人系統(tǒng)焊接路徑規(guī)劃模擬研究

周龍桂 陸云

摘 要：為了改善ABB弧焊機(jī)器人焊接質(zhì)量，本文以焊接路徑規(guī)劃作為切入點(diǎn)，建立在工件焊接基礎(chǔ)上，構(gòu)建路徑規(guī)劃模型。該模型的信息來(lái)自手動(dòng)示教方式應(yīng)用，根據(jù)起始點(diǎn)和終點(diǎn)創(chuàng)建向量，并計(jì)算焊縫離散點(diǎn)坐標(biāo)，采取投影、坐標(biāo)轉(zhuǎn)化等一系列處理，結(jié)合離散編程，形成路徑規(guī)劃模型。模擬結(jié)果表明，該算法能夠?qū)崿F(xiàn)角焊接路徑的高效高精準(zhǔn)規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：路徑規(guī)劃;離散化;機(jī)器人

經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展時(shí)代背景下，自動(dòng)化制造產(chǎn)業(yè)逐漸向工業(yè)機(jī)器人作業(yè)方向轉(zhuǎn)變，并且在多個(gè)工廠(chǎng)推行，成為現(xiàn)階段工業(yè)發(fā)展不可缺少的工具之一[1]。焊接路徑規(guī)劃作為機(jī)器人技術(shù)的核心，在很大程度上決定了作業(yè)質(zhì)量，如何準(zhǔn)確規(guī)劃焊接路徑成為了當(dāng)前重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容[2]。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)提出了一些路徑規(guī)劃策略，但是大部分未能通過(guò)驗(yàn)證。為了加深對(duì)此方面內(nèi)容的探究，本文選擇比較常見(jiàn)的直線(xiàn)焊縫作為研究對(duì)象，探究其軌跡規(guī)劃策略。

一、ABB弧焊機(jī)器人焊縫離散化處理

按照手動(dòng)示教方式，獲取與焊縫相關(guān)信息。信息中，起始位置記為 ，終止位置記為 。假設(shè)機(jī)器人作業(yè)焊接速度為V0，在對(duì)焊縫曲線(xiàn)采取離散化處理時(shí)，產(chǎn)生的插補(bǔ)周期記為T(mén)。

從焊縫的起始端開(kāi)始計(jì)算，沿著焊縫處理方向，連接起點(diǎn)和終點(diǎn)，形成有向向量，記為 ，該向量的計(jì)算公式如下：

三、焊接路徑規(guī)劃模擬實(shí)驗(yàn)

1、確定焊縫點(diǎn)位置

本次模擬試驗(yàn)中，選取角焊接工藝作為機(jī)器人焊接方式[3]。其中，焊接對(duì)象為兩塊平面鋼板組成的工件。其中，工件焊接起點(diǎn)坐標(biāo)為 ，工件焊接終點(diǎn)為 。設(shè)定插補(bǔ)周期T=5s，機(jī)器人的焊接作業(yè)速度 。

第一步：對(duì)機(jī)器人焊縫采取離散化處理，生成焊縫點(diǎn)坐標(biāo)。其中。

第二步：將焊縫點(diǎn)坐標(biāo)組成空間直線(xiàn)，根據(jù)直線(xiàn)關(guān)系，構(gòu)建離散點(diǎn)輔助坐標(biāo)系[4]。

第三步：將示教三點(diǎn)帶入輔助坐標(biāo)系中，采用三點(diǎn)標(biāo)定方法，得到關(guān)系矩陣，即機(jī)器人與工件之間的關(guān)系，得到如下矩陣：

以機(jī)器人基坐標(biāo)系為參照，根據(jù)公式（7）計(jì)算各個(gè)焊縫離散點(diǎn)，生成位姿矩陣。

2、模擬效果分析

本次模擬實(shí)驗(yàn)選取Robotstudio作為模擬工具，對(duì)ABB機(jī)器人的焊接作業(yè)進(jìn)行模擬，主要包括機(jī)器人的六個(gè)關(guān)節(jié)。以下為模擬步驟：

第一步：將角焊接縫模型導(dǎo)入其中，在軟件中創(chuàng)建角焊縫模型，實(shí)施格式為.stl，而后將此模型導(dǎo)入工作站中。

第二步：在工作站中調(diào)用焊接輔助模型，開(kāi)啟軟件數(shù)據(jù)庫(kù)后查詢(xún)即可獲取，對(duì)ABB機(jī)器人下達(dá)焊接操作命令。

第三步：設(shè)置角焊接路徑，借助可視化系統(tǒng)，控制機(jī)器人焊接路徑。

按照上述操作的同時(shí)，計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)的位姿，并將計(jì)算結(jié)果輸入Bobotstudio當(dāng)中，形成路徑規(guī)劃方案。為了提高機(jī)器人焊接精準(zhǔn)度，對(duì)焊槍的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，校正后開(kāi)始焊接。如圖2所示為焊縫離散化處理及編程檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

焊接實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本焊接路徑規(guī)劃模型能夠準(zhǔn)確找到焊縫位置，形成較為合理的焊接路徑，不僅提高了焊接效率，而且焊接質(zhì)量也得到了保障。

總結(jié)

本文引入焊縫離散化技術(shù)，探究ABB機(jī)器人焊接路徑規(guī)劃方法。通過(guò)離線(xiàn)編程，對(duì)工件坐標(biāo)采取轉(zhuǎn)化處理，創(chuàng)建輔助坐標(biāo)系與機(jī)器人基坐標(biāo)系之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成焊接路徑規(guī)劃矩陣。模擬結(jié)果顯示，本文提出的離線(xiàn)編程路徑規(guī)劃方案，符合焊接技術(shù)應(yīng)用要求，對(duì)焊接效率提升有所幫助。

參考文獻(xiàn)

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