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機器人弧焊離線編程管理論文
摘要：在焊接機器人柔性加工單元應用中,為保證焊槍與焊縫在弧焊過程中始終處于接頭成型良好的焊接位置,需要機器人和變位機協調運動.ACADOLP弧焊離線編程系統實現了協調運動,闡述了該系統中的協調運動的算法原理.將協調運動分解為協調直線運動和協調圓弧運動,并給出了一種實現系統協調運動功能的方法,即變位機作為主手,機器人為從手,機器人跟蹤變位機進行運動,實驗驗證了這種方法的可行性.
關鍵詞：機器人;離線編程;弧焊;協調運動
由于弧焊的特殊性,機器人弧焊系統正由單機器人向機器人柔性加工單元和機器人柔性生產線發展.與單機器人焊接最本質的區別,弧焊機器人柔性加工單元或工作站能夠通過空間協調更有效地實現空間運動,保證焊槍與焊縫在弧焊過程中始終處于接頭成型良好的焊接位置.離線編程系統作為機器人編程的一種方式,極大地提高了機器人的編程效率[1].國外的離線編程系統如Igrip等也實現了系統協調運動的仿真,但對于復雜工作單元的協調運動往往不能實現[2].國內的一些科研院所在離線編程技術上進行了很多的研究,并開發了一些離線編程系統,但這些系統都處于單機仿真狀態,沒有實現協調運動.哈爾濱工業大學焊接實驗室自主開發了一套機器人弧焊離線編程與仿真系統———ACADOLP[3,4].本文對該系統中的協調運動進行了研究.
1.協調運動系統的定義
在協調加工單元中,機器人連續弧焊作業時,焊槍末端總是跟蹤焊縫不斷運動,根據笛卡爾空間的齊次變換描述,這種運動可由如下矩陣方程表示:式中:Wrob-base為弧焊機器人基坐標相對于參考坐標系的位姿變換矩陣;Rrob(t)為焊槍坐標系相對機器人基坐標系的位姿齊次變換矩陣;Wpos.base為變位機基坐標系相對于參考坐標系的位姿變換矩陣;Ppos(t)為變位機工作臺固定坐標系相對于其基坐標系的齊次變換矩陣;Dpart為被焊目標點相對變位機的工作臺固定坐標系的齊次變換矩陣.方程左邊的矩陣描述弧焊機器人末端焊槍的空間位置和姿態,而方程右邊的矩陣描述工件被焊點的位置和姿態.對于任何協調運動工作單元,其都可被抽象為參考坐標系、機器人基坐標系、變位機基坐標系、變位機動坐標系來表示.
從工業機器人的控制及軌跡規劃方式看,不論機器人所走的軌跡多么復雜,其構成軌跡的線型要素只有兩種:直線和圓弧.通過這兩種基本線型的組合,構成各種復雜的軌跡.協調直線和協調圓弧算法相似,下面以機器人和變位機組合為例,對協調圓弧算法進行介紹.
2.協調圓弧算法原理空間任意3點確定一個圓,因此,從機器人協調圓弧功能實現的角度來講,初始條件至少要有空間的3個點.圓弧軌跡上的運動可以描述為
空間協調圓弧軌跡的實現算法原理可以概括為:獲取空間圓弧在起始形位、中間過渡形位、結束形位的位置信息,利用相鄰的3個形位的位置信息求解得到圓弧軌跡在各自圓心坐標系(工件坐標系)中的參數方程,然后以此為條件,進行空間圓弧軌跡規劃,最后以變位機為主手,機器人為從手,控制變位機以給定速度調整被焊工件的姿態,根據機器人與變位機之間的相對坐標關系實時控制機器人跟蹤變位機運動,從而實現圓弧協調運動.在具體實現過程中,為了盡量消除示教過程中的誤差影響,對于多點(>3)協調示教,采取分段計算的辦法.如圖2所示,假設某圓弧上示教了n個形位:D15、D5、D35、D45、....、Dn5,那么在實現圓弧軌跡過程中將分為n-2段進行,第一段由前3個形位確定,第二段由D25、D35、D45確定,以此類推,...,第n-2段由Dn-25、Dn-15、Dn5確定.
3．協調運動的仿真實現
本文采用了示教關鍵點,進行協調運動的差補計算,然后仿真再現實現協調運動的仿真功能.最后本文給出了機器人和變位機,機器人和導軌協調運動仿真畫面.為方便用戶操作,開發了一個類似于實際示教盒的屏幕示教盒.該示教盒可實現關節運動功能,機器人末端沿設備坐標系各坐標軸的平移,機器人末端沿工具坐標系各坐標軸的旋轉.圖形環境下的示教與機器人實際工作環境中的示教方式相比,屏幕示教并不存在效率低的問題.
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