OTC弧焊机器人同步工作站的作业路径规划
OTC弧焊机器人同步工作站的协调作业路径都可划分为过渡段和弧焊作业段,过渡段指的是弧焊作业开始前从初始状态到达起始焊接点,以及弧焊作业结束后从终止焊接点(与起始焊接点重合)回到初始状态的两段协调作业路径:弧焊作业段指的是从起始焊接点引弧到终止焊接点灭弧的协调弧焊作业路径。
过渡段的路径规划属于一般机器人路径规划问愿,任务是给定一个降碍环境、 机器人的起始点位姿和目标点位要,规划机器人从初始状态到目标状态的运动路径,使其能无碰撞地绕过障碍物"".这规划任务只对路径的起始点和目标点的位姿进行了限制,而对运动过程中的要态没有过多要求。而且对于弧焊机器人同步工作站来说,“无碰撞得绕过障碍物"就是要求在协同作业过程中各单元之间不发生碰撞,因此,过渡段的路径规划比较简单,可在设定了同步工作站起始点和终止点的位姿后,利用仿真完成协调路径规划,通过仿真动画还可以检查各单元之间是否存在碰撞,并作出相应的调整。 在弧焊作业阶段,焊接变位机或搬运机器人必须不断把待焊点顺次调整到相应的理想位置,同时弧焊机器人与焊接变位机(或搬运机器人)的各关节必须协调运动以保持焊枪对焊缝的跟踪,这就要求焊枪与焊缝之间不仅有位姿约束,而且还有相对运动约束。位要约束要求焊枪相对焊缝保持一定要态的前提 下不能脱离焊缝: 运动约束要求焊枪和焊缝之间满足一定的相对运动,从而实现焊缝的焊接”。因此,弧焊作业段的路径规划直接决定了焊搂质量,本文研究的协同作业路径规划主要是针对同步工作站弧焊作业段的路径规划,而且,弧焊作业段的动作序列已经在提取待焊点空间儿何信息时完成了规划。
对于在焊接变位机上无法实现船形焊位姿调整的工件(即工件上的空间焊缝属于第二种类型),弧焊机器人同步工作站中--般选用多自由度的工业机器人作为该工件的变位机械。六自由度串联关节式机器人是目前*典型的工业机器人,这种机器人具有六个旋转关节的饺接开链式结构,能以*小的结构尺寸获取*大的工作空间,并且能以较高的位置精度和任意姿态到达指定位置,是埤接领域广泛应用的工业机器人。因此,在弧焊机器人同步工作站中,弧焊机器人和搬运机器人一般都选用这一类型的工业机器 人。
1)搬运机器人的作业路径规划
搬运机器人在弧焊作业过程中负责抓取工件并完成工件的变位,弧焊作业的具体位置一般由被焊工件的形状和尺寸决定。由于空间焊缝的船形焊位姿调整和放置规划参数计算均是在参考坐标系下进行的,因此,本文按以下顺序对搬运机器人未端夹持器的作业路径进行规划:
①根掘工件在弧焊作业位置的初始位姿建立空间焊缝的参考坐标系,同时,在参考坐标系原点0处再建立一个 与爹考坐标系位姿相同的工件坐标系,该工件坐标系在弧焊作业过程中跟随工件起进行变位,并且原点始终与参考坐标系的原点0重合:
②规划当前焊缝在参考坐标系下的船形焊位姿调整方式,并计算焊缝放置规划参数:
③以工件坐标系的位要作为规划末端夹持器作业路径的特征点,由于工件坐标系的空间位置在弧焊作业阶段始终保持不变,因此,搬运机器人末端夹持器的路径规划问题就转化为委态规划问题,术端夹持器的姿态规划参数就是空间焊缝的放置规划参数。
2)弧焊机器人的作业路径规划
取焊缝特征坐标系的Z轴作为理想的焊枪轴线,由于在船形焊过程中焊枪轴线始终处于铅直方向,放在规划焊枪路径时,只需考虑焊枪末端在船形焊过程中的位置变化。由于工件的船形焊位姿调整是绕参考坐标系的三个坐标轴进行的旋转变位,因此,根据三维向量旋转法和工件的船形焊位姿调整顺序,来计算焊枪末端在对应待焊点处的实际焊接位置。
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