焊接机器人工作站协同运动的轨迹优化研究

作     者：应灿 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：翟敬梅

授予年度：2013年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：机器人工作站 焊接 协同运动 轨迹优化 运动链 

摘      要：随着焊接自动化进程的不断推进，焊接机器人所要完成的工作任务也日趋复杂，单焊接机器人已越来越不能满足当前任务需求，需要对多机器人协同焊接作业进行研究。而协同焊接的轨迹优化是其关键技术。论文以变位单焊接机器人工作站、双焊接机器人工作站和变位双焊接机器人工作站等三种典型的协同焊接机器人工作站为研究对象，采用离线编程手段，对焊接机器人工作站协同运动的轨迹优化进行了较深入的研究。完成了离线编程下协同焊接机器人工作站的粗插补算法，为开发协同焊接机器人工作站的离线编程系统奠定了坚实的理论基础。 首先，在S曲线速度规划下以恒定的插补周期和焊接线速度对工件坐标系下的焊缝曲线进行离散化，并对焊缝离散点坐标系的建立进行了研究，提出了适用于任意焊缝曲线的焊缝离散点坐标系的建立方法。其中着重研究了在不提供焊件表面信息情况下采用弗莱纳-雪列矢量理论针对曲线焊缝建立并修正焊缝离散点坐标系的方法。 其次，借用运动链末端耦合与解耦的思想创新性地提出了焊接机器人工作站的协同焊接算法，使其内部机器人与变位机之间的主从角色更明确，约束关系更清晰。之后还研究了协同机器人工作站内基坐标系间的标定方法。 第三，分别提出了以船型焊(平焊)和平角焊为最佳焊位时变位机的运动学正/逆解算法。基于焊接平稳性最优的思想，在最佳焊位、焊接速度恒定、无碰撞及一定焊枪工作位姿等约束条件下，以焊接全过程中机器人各关节角位移的变化总量最小化为优化目标，获取最优焊接轨迹。以此研究了三种典型工作站的轨迹优化算法。 最后，以变位单焊接机器人工作站为例仿真验证了协同焊接算法的可靠性，以双焊接机器人工作站和变位双焊接机器人工作站为例仿真验证了协同焊接的轨迹优化算法的可靠性。同时以双焊接机器人工作站为例实验验证了协同焊接的轨迹优化算法的有效性。仿真和实验表明：基于运动链思想的协同焊接算法和基于焊接平稳性最优的轨迹优化算法是有效的，可用于开发协同焊接机器人工作站的离线编程系统。