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船体分段的机器人焊接路径规划与离线编程

作　者: 詹超
导　师: 林涛
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 机器人焊接离线编程 CAD信息提取作业工件标定运动路径规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着先进制造的发展,现代制造行业如船舶、汽车、重型机械中,焊接依然是重要的加工手段,依然占据着十分重要的地位。船舶焊接技术是船舶工业的主要关键工艺技术之一,使用机器人进行高柔性的自动化焊接生产是国际船舶工业的发展趋势。传统的机器人示教方法或者数控技术在一些作业复杂、自动化要求高的应用环境不能满足需求。而利用机器人作业离线编程技术的解决方案可以带来加工过程自动化程度更高、生产效率更好、生产环境更加安全等优点,同时机器人作业方便的与CAD/CAM相结合形成一体的自动化生产线。本文讨论了机器人离线编程技术发展的情况,对国内外机器人离线编程技术的历史和现状进行了分析;讨论了一般CAD图纸图形信息的分析与提取,针对两种船体分段工件的CAD图纸进行了数据信息提取;讨论了机器人作业标定的一般方法,利用工件安装时与机器人的正交性,提出了一种简化的标定方法,对两种船体分段工件经行了作业标定;讨论了机器人的路径规划的一般方法,针对工程实际,结合了理论计算的自动化的优点和人工示教的简单准确的优点,提出了一种面向工程应用的实用化的机器人焊接路径规划方法,对船体分段工件进行了路径规划,通过理论计算得到机器人轨迹规划,通过人为示教得到焊枪姿态规划;研究了了MOTOMAN机器人作业文件的结构和一般语法,针对船体分段工件的离线编程焊接作业生成了基于MOTOMAN机器人的作业文件,利用安川机器人公司提供的MOTOCOM32通讯模块实现了焊接作业文件的下载与传输。本文在以上理论研究准备的基础上,对船体内底和曲面艕板两种船体分段工件,分别建立了机器人焊接离线编程系统试验平台。分析了针对两种待焊船体分段工件的焊接离线编程系统的组成部分,解释了焊接离线编程系统的工作流程。对不同尺寸大小的两种类型工件的焊接模拟件进行了从工件尺寸获取到机器人焊接作业程序生成的试验并实际进行了焊接任务的运行。试验结果表明,搭建的针对这两种工件的机器人焊接离线编程系统具有正确性、适用性和可靠性。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-26
  1.1 课题背景  12-14
  1.2 机器人离线编程概述及离线编程现状研究  14-22
    1.2.1 机器人编程的发展历史和研究领域  14-15
    1.2.2 机器人离线编程系统  15-18
    1.2.3 机器人离线编程国内外研究现状  18-22
  1.3 机器人焊接的离线编程技术研究  22-24
  1.4 本文研究主要内容  24-26
第二章 CAD 文件图形信息分析与提取  26-45
  2.1 CAD 文件存储格式DXF 文件  26-33
    2.1.1 DXF 文件结构  27-30
    2.1.2 实体段组码信息  30-33
  2.2 船体分段工件的 CAD 建模与信息提取  33-37
  2.3 图元信息处理与结构化  37-43
    2.3.1 点图元类DXFPoint  39-40
    2.3.2 直线图元类DXFLine  40
    2.3.3 圆弧图元类DXFArc  40-42
    2.3.4 圆图元类DXFCircle  42
    2.3.5 多段线图元类DXFPolyLine  42-43
  2.4 本章小结  43-45
第三章船体分段焊接的机器人离线编程作业标定  45-59
  3.1 机器人作业标定类型  45-47
    3.1.1 工件标定方法  45-46
    3.1.2 路径标定方法  46-47
  3.2 工件标定的几种方法  47-54
    3.2.1 正交平面工件六点标定法  47-50
    3.2.2 圆形基准工件四点标定法  50-52
    3.2.3 辅助特征点三点标定法  52-54
  3.3 船体分段的作业标定  54-58
    3.3.1 船体内底的作业标定  54-57
    3.3.2 曲面艕板的作业标定  57-58
  3.4 本章小结  58-59
第四章船体分段机器人焊接作业路径规划  59-74
  4.1 序列规划方法  60-61
  4.2 路径规划方法  61-66
    4.2.1 全局路径规划方法  61-63
    4.2.2 局部路径规划方法  63-66
  4.3 碰撞检测  66-67
  4.4 船体分段工件的路径规划及特殊处理  67-73
    4.4.1 船体内底的机器人焊接路径规划  67-70
    4.4.2 曲面艕板的机器人焊接路径规划  70-72
    4.4.3 机器人焊接路径规划中焊枪姿态的确定  72-73
  4.5 本章小结  73-74
第五章机器人作业文件的生成与信息传输  74-89
  5.1 MOTOMAN 工业机器人简介  74-75
  5.2 MOTOMAN 机器人任务文件JBI 结构分析  75-79
  5.3 船体分段工件离线编程的JBI 文件的自动生成  79-86
  5.4 机器人作业文件的下载  86-88
    5.4.1 MOTOCOM32 简介  86
    5.4.2 利用MOTOCOM32 建立通讯  86-87
    5.4.3 利用MOTOCOM32 进行JBI 文件的上传、下载  87-88
  5.5 本章小结  88-89
第六章船体分段工件的焊接离线编程系统  89-105
  6.1 课题项目简介  89-90
  6.2 项目实现方案  90-98
    6.2.1 船体内底焊接机器人系统及作业流程  91-95
    6.2.2 曲面艕板焊接机器人系统及作业流程  95-98
  6.3 焊接机器人软件系统  98-102
    6.3.1 软件系统的组成  98-101
    6.3.2 离线编程模块  101-102
  6.4 焊接机器人系统的试验验证  102-104
    6.4.1 船体内底焊接机器人系统的试验验证  102-103
    6.4.2 曲面艕板焊接机器人系统的试验验证  103-104
  6.5 本章小结  104-105
结论  105-107
参考文献  107-112
致谢  112-114
攻读学位期间发表的学术论文  114-116

船体分段的机器人焊接路径规划与离线编程

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