基于焊缝路点局部点云的焊枪空间姿态确定

针对目前基于三维视觉传感面向几何与位置信息不确定工件的机器人焊接研究中,焊缝路点的焊枪空间姿态确定方法针对性强、局限性高等问题,提出了一种基于焊缝路点局部点云的焊枪空间姿态确定方法.首先描述了焊枪的空间姿态参数模型,然后通过考虑传感器的前置安装距离确定kd-tree的最小搜索半径,获取焊缝路点处的局部点云,并逐步确定该路点处焊枪的偏摆平面与倾斜平面,从而确定焊枪在该焊缝路点处与工件的无碰空间姿态.结果表明,该方法适应性强、有效性好.由于点云表面质量的原因,姿态确定结果与真实姿态存在一定波动,后续经过平滑处理可以满足机器人焊接需求,有望提升基于三维视觉传感面向几何与位置信息不确定工件的机器人自主焊接作业水平.

管端相贯线坡口切割割炬位姿控制

针对管端相贯线坡口切割过程中存在三维空间曲面加工问题,研究割炬轨迹的保证和姿态的选择是获得良好加工质量的关键.利用空间解析几何原理,建立了管-管,管-板及管-管、板相贯带坡口切割时割炬位姿控制数学模型.提出了最大Z坐标原则求管-管、板相贯线坡口切割割炬轨迹的方法.对管-管、板相贯线坡口切割实例进行了割炬位姿控制仿真分析,研究了在不同相贯段时割炬位姿和两面角、坡口角以及割炬姿态角等相关参数的数学表达式,理论研究表明在拐点处割炬姿态的转变应分多步进行,从而保证拐点处的切割质量.为管端相贯线坡口精确数控切割提供了理论基础.

管道插接焊缝位置及焊枪位姿建模

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空间焊缝。针对弧焊机器人工作的特殊要求,在不失一般性的基础上,建立了焊缝位置及焊枪位姿的数学模型,以坐标系的形式定量描述了焊缝及焊枪的位置和方向,确定了能够准确描述焊枪姿态的参数:工作角、行走角和自转角,并给出了计算方法。通过对相贯线焊缝特征的分析,发现相贯线上任意点的切线始终与过该点的两个圆柱切平面的交线重合,在此基础上提出了一种简单的建立焊缝特征矩阵的计算方法。该模型对管道插接具有通用性,对焊接工艺的建模与仿真以及机器人焊接的建模与离线编程具有重要意义。

弧焊机器人焊炬姿态规划系统的研究

为提高弧焊机器人的适应性和自动规划功能 ,研究了一种空间全位置焊接条件下的焊炬姿态自动规划系统。该系统借助于相应的摄像机标定软件、计算测试软件和焊炬姿态规划软件 ,协调计算机视觉、信号采集、图像处理等模块检测焊缝的空间信息 ,然后查询焊炬姿态优化数据库 ,运行离线编程等子模块 ,实现自动规划弧焊机器人的焊炬姿态。采用研制的焊炬姿态规划系统在空间全位置条件下进行焊接实验 ,结果表明 ,该系统能保证焊接中焊缝的成形良好。

五轴火焰数控切管机割炬位姿控制

针对现有火焰数控切管机存在的加工精度差、效率低、工序复杂,以及不能实现管件两端切头同时加工等问题,对一种五轴数控切管机的运动控制进行了研究分析。将切管机的相贯线切割运动分解为割炬支架沿被切管轴线的平移运动和被切管的回转运动;将焊接坡口的切割运动分解为割炬面板的旋转运动、割炬在法平面内的摆动以及割炬的补偿运动。根据各轴运动形式推导切管机加工运动的数学模型,并以该数学模型为基础,开发切管机数控软件,实现对该五轴切管机系统的实时控制。

几何约束下TIG焊焊枪姿态研究

火箭发动机关键部件自动TIG焊中,因一些焊缝周围有特殊结构,为避免相碰,只能使焊枪偏转一个角度进行焊接,且此焊枪姿态与表征电弧电压的弧长和钨极伸出长度等有一定的关系,为了易于离线编程,必须对焊枪姿态进行深入分析。以火箭发动机典型的几何约束焊缝为例,提出了通用的求解思路。实际应用表明,此方法结果正确,可应用到各种几何约束焊缝的焊枪姿态分析中。

基于激光熔覆再制造PDC钻头的机器人仿真分析

为了降低PDC钻头维修成本以及钻井周期,基于激光熔覆再制造技术,提出用机器人实现对钻头的再制造.基于逆向工程,对PDC钻头进行数据采集,再对获取的钻头点云数据进行数据处理、三维重构,构造出与实体PDC钻头相同的三维模型.利用软件Geomagic布尔运算得出工件缺损部位,在软件NX1899中利用等距平面族Γ与钻头修复部位相交,实现对曲面零件的路径规划.对机器人末端焊枪修复PDC钻头轨迹进行仿真模拟,利用软件PQart模拟工作环境中工件相对于机器人的位置,实现对机器人的轨迹优化.调整机器人末端焊枪位姿,提高修复后PDC钻头的表面性能.验证了所述方法的可行性,为激光熔覆再制造技术修复复杂曲面提供了参考.

中厚板焊接机器人焊枪位姿规划

针对中厚板多层多道焊接人工示教效率低,焊枪位姿无法精确控制而引起焊接质量不稳定等问题,提出一种新型变换焊枪位姿方法.该方法采用公式算法完成焊枪位姿示教,即用离线编程软件定义一条轨迹,基于此轨迹建立坐标系,在已知焊缝形状与大小的情况下,结合焊接工艺库,通过欧拉角变换与四元数计算变换焊枪位姿参数,从而自动生成其余焊道轨迹.仿真与实验证明:该方法适合简单与复杂曲线焊缝,提高了焊接稳定性与效率,可为离线编程研究提供理论基础.

弧焊机器人系统的相交管路径规划

基于ABB1410弧焊机器人系统,研究了实现自动焊接相交圆管接缝的路径规划技术。在工件坐标系下建立了相应的数学模型,针对机器人焊接相交管的空间曲线焊缝的特点,结合弗莱纳-雪列三元空间矢量原理,求出了该空间焊缝路径上各离散点的位姿矩阵,并对焊枪的焊接姿态进行了规划。同时,给出了一种在实际焊接时标定斜交管坐标系和机器人基座标系之间关系的方法。利用Robot Studio软件对焊接运动轨迹进行了动态仿真和离线编程,实际焊接实验证明了所研究的路径规划算法的可行性,提高了焊接机器人各关节运动的平稳性,对实际生产有一定意义。