厚板双机器人焊接系统协调控制与离线编程研究

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大型厚板构件在船舶、高压容器等领域广泛应用。厚板传统焊接工艺工序多,质量稳定性差,生产效率低,且只适合应用于手工焊和半自动焊中。为此,我们研究了一种高效的厚板双面双弧焊工艺,简化了工序,大大提高生产率,减小变形和改善焊缝质量。在此基础上,提出了“厚板双机器人双面双弧焊”方案,进一步提高了生产效率和产品质量稳定性。  厚板双面双弧焊要求打底焊时两侧焊枪非对称焊接,填充焊时对称焊接,故而需要对双机器人的焊接动作进行协调控制。此外,离线编程技术的应用仍有一些技术问题有待解决。本文对这两方面的问题进行了深入研究。  首先,本文完成了厚板双机器人焊接系统集成,搭建了双机器人通讯网络,分别基于Motocom32组件和OPC通信协议编程实现了Motoman机器人和KUKA机器人的通讯及远程控制。为双机器人协调焊接提供了前提。  其次,针对大厚板立向上摆动焊接任务,优化了机器人焊枪位姿规划算法,提出了焊枪摆幅自动计算方法。依据此算法,在实际焊接过程获得了良好的焊缝成形。在现有的基于SolidWorks的离线编程系统上进行二次开发,增加了工件建模模块和机器人用户坐标系标定模块。利用此项技术,减小了离线编程虚拟环境与现实环境的误差,提高了标定精度,增强了离线编程系统准确性。  针对双机器人协调控制问题,本文提出了分布式集散控制和主从控制两种协调策略,并设计了相应的软硬件系统。集散控制模式下,双机器人执行各自的程序,集中控制中心负责完成任务的分配和调度,实现双机器人协调焊接。主从控制即主机器人执行焊接程序,从机器人跟随主机器人进行运动。本文详细推导了主从协调控制一般算法,针对一般算法的缺点提出了基于用户坐标系的主从协调简化算法,该算法计算速度快,精度高,适用性广。  在以上研究工作的基础上,进行了双机器人厚板双面双弧焊接综合实验。实验结果表明,焊缝成形良好,双机器人协调动作稳定可靠。在主从协调运动中,从机器人相对主机器人运动有200~500ms的延时,但对低速焊接过程影响很小,从机器人能按预定要求跟随主机器人完成焊接任务。
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