弧焊机器人复杂轨迹焊接离线编程设计

弧焊机器人复杂轨迹焊接离线编程设计

1引言

如今，机器人技术飞速发展，人们期望机器人能够在复杂危险的环境下代替人工去完成复杂的工作。工业机器人已经广泛地应用于各行各业中，随着制造业的飞速发展，工业自动化已经成为了发展的主题。传统的机器人手动示教越来越不能满足当今的发展需要。一方面，手动示教所需要的工作量是很繁重的；另一方面，手动示教都需要操作者的肉眼观察位置点，其一定会产生较大的误差，因此迫切地需要使用离线编程的方法进行加工。本文将利用MATLAB软件进行三维建模，结合新松公司开发的SRVWS离线编程和机器人仿真功能软件，研究对复杂的马鞍形焊缝的离线编程技术。

2机器人坐标系

2.1坐标系的建立

为了精确控制与描述机器人的运动轨迹，首先要给机器人建立多个坐标系。使机器人基于这些坐标系能够进行精确的运动。本文中涉及到的坐标系有基坐标系、腕部坐标系、工具坐标系。

2.1.1基坐标系{B}

基坐标系{B}位于基座中心上。

2.1.3腕部坐标系{W}

腕部坐标系{W}附于操作臂的末端连杆，大多数情况下，腕部坐标系{W}的原点位于操作臂手腕上，它随着操作臂的末端连杆移动。

2.1.4工具坐标系{T}

工具坐标系{T}附于机器人所夹持工具的末端，当手部没有夹持工具时，工具坐标系{T}的原点位于机器人的指端之间。

2.2机器人坐标系的标定

由于本次要焊接一个马鞍形轨迹，所以在机器人的腕部应当挂载焊枪。机器人工具坐标系的原点应位于所夹持焊枪的末端，而不在机器人的腕部。这就需要对工具坐标系进行标定，使机器人末端执行器基于标定好的工具坐标系运动，以保证其运动轨迹的准确与精度。

工具坐标系的标定，采用五点标定法。即：在机器人附近找到固定的一点（该点最好为竖直姿态的尖点），使工具中心点接近该点，只是无限接近，不要接触。之后记录下机器人的当前位置。移动机器人的各轴，改变焊枪的姿态，机器人维修，使工具中心点从另一方向接近该固定点，并记录下机器人的当前位置。共记录5次，机器人便会自动生成工具坐标系的参数。

工具坐标系的参数自动生成后，在工具或直角坐标系下，变换焊枪的姿态，如果工具中心点不变，则证明工具坐标系参数生成正确。

工具坐标系标定见1。

1工具坐标系的标定

2.3坐标系的变换

为了实现轨迹的控制，采用创建坐标点的方法来模拟一段马鞍形轨迹。坐标点是基于机器人基坐标系{B}创建的。但考虑到要满足机器人运动的可达性，以及在运动中不发生碰撞，不产生死点，奇异点等，需要对坐标系进行变换。首先，通过手动操作的方法找到所焊工件当中马鞍形运动轨迹的空间坐标原点，以该点为原点建立一个坐标系{A}，并记录下其坐标值。然后将基坐标系{B}经过平移、旋转变换为该坐标系{A}。

由于两个坐标系的位置和姿态均不相同，故将基坐标系{B}经过旋转达到与坐标系{A}相同的姿态，之后平移一段距离，使两个坐标系的原点重合，完成坐标系的变换。

2.4马鞍形轨迹生成

本次焊接轨迹为是两个管相贯形成的一段马鞍形轨迹，大管内径为213mm，小管内径为96mm。由这两根管相贯形成相贯线焊缝，通过MATLAB软件生成这段焊缝轨迹。首先在MATLAB的CommandWindow中输入以下程序语句：

•t=0:pi/30:6*pi;

•x=1000*cos(t);

•y=1000*sin(t);

•z=sqrt(45369-9216*sin(t).*sin(t));

•plot3(x,y,z);

之后点击回车键，软件会自动生成一段马鞍形轨迹。在生成的马鞍形轨迹上，要采用DataCursor选取足够多的点，并记录下这些点的坐标，如2。

3在SRVWS软件中进行离线编程及仿真

在进行离线编程及仿真之前，需要进行一系列的准备工作。首先，采用五点法对工具坐标系进行标定，记录下示教盒中的坐标系位置和姿态。接着，采取手动示教的方法找到所焊工件当中马鞍形运动轨迹的空间坐标原点，同样记录下示教盒中的坐标系位置和姿态。之后，将运用MATLAB软件编程，模拟出一份空间三维马鞍形轨迹。利用MATLAB中功能，在空间三维马鞍形轨迹上均匀的选取点位，如果实际情况允许的情况下，发那科机器人维修，可以选取尽可能多的点位，机器人的运动轨迹精度会有所提高。然后对所选取的点位的坐标进行记录和整理。最后要对坐标系进行平移和旋转变换，计算出变换之后之前所选取点位的坐标值，并记录下来，用于在SRVWS软件中创建目标点使用。所有准备工作就绪之后，以马鞍形轨迹作业为例，进行离线编程及仿真。

步骤一：打开SRVWS软件，构建一个新的工作站，选择已存模板的第三个系统模块rh10-2。之后对工作站的名称、作者、保存位置等进行设置，便创建好了一个作业。

步骤二：标定工具坐标系。点击虚拟试教→工具坐标系，将之前用五点法标定好的工具坐标系的坐标输入进去，点击创建，就完成了工具坐标系的标定。

步骤三：创建目标点。点击虚拟试教→目标→创建目标，打开创建目标对话框。将已经计算好的变换之后所选取点位的坐标值、旋转角度输入到对话框中，点击添加，添加一个目标点，之后依次将各个目标点重复上述的操作。然后点击创建，完成了目标点的创建。可以在三维工作空间中，观察到由各个目标点所组成的空间三维马鞍形轨迹。最后右键点击位置点，点击修改工具→新建的标定好的工具坐标系。使工具的中心点与马鞍形轨迹重合，提高了机器人的运动精度。

3仿真运行

步骤四：点位的配置。首先在轨迹路段列表中创建一个路径，将上述创建好的点位全部复制到轨迹路段列表中。之后，右键点击第一个路径点，选择配置项。一般项目列表中会出现数个配置解，一般选择第一个配置解进行配置，选择配置时避免各轴关节值接近软限位。然后点击应用，完成对第一个点的配置。接着右键点击轨迹路段名称，点击自动配置，配置成功的话，标会发生变化。这样就完成了对所有点的配置。

步骤五：仿真运行。右键点击轨迹路段名称，点击仿真运行，会看到机器人在所设定的空间马鞍形轨迹中自动运行，用以检查轨迹路段是否可行。如3。

步骤六：下载作业。最后要将编程好的作业下载到示教盒当中，将指令传达给机器人，从而控制其自动完成该轨迹的焊接任务。

总体来说，子锐机器人维修，机器人在整段运行轨迹当中，运行平稳、顺畅、运动精度高，所焊接的焊缝质量也能达到要求，比传统手工示教方法更便捷，大大提高了机器人的工作效率。

4结束语

通过此文介绍了新松机器人结合MATLAB软件进行离线编程的研究成果，经过多次的试验，机器人在马鞍形轨迹中的运动平稳，运动轨迹精确度很高，可以满足离线编程的要求。