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弧焊机器人工作站智能化技术研究
中文名称: 弧焊机器人工作站智能化技术研究
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论文编号: 3121808收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Research on Intelligent Technologies of Arc Welding Robot
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 模式识别与智能系统
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 焊接机器人 特征设计 三维图形仿真 路径规划 遗传算法 人工势场 自适应控制 焊接
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论文简介:近年来,兵器行业建立了几十套11个自由度的机器人焊接工作站,并在继续推广应用。然而目前弧焊机器人采用示教编程,编程效率低且没有智能化,机器人再现焊接时没有视觉,不能感知焊接真实环境的变化,实际应用局限性大的企业应用现状,提高机器人编程的效率和质量以及智能传感和自动补偿能力意义重大,研究焊接机器人智能化技术是多学科交叉的前沿课题。 本文提出了一个融合视觉传感信息的机器人焊接CAD/CAPP/CAM/PDM的智能化系统(WROBCAM)总体方案,并围绕关键技术展开研究。 机器人焊接过程三维仿真是离线编程的图形平台,提出了一个新的开发方式实现三维图形仿真系统,即自主开发基于C/S结构的包含OLE项的机器工作站离线编程系统WROBCAM,通过COM接口实现焊接工件三维图形及几何拓扑信息的无缝集成。目前焊接机器人图形仿真采用二次开发实现,存在开放性差、仿真效果不理想、无自主产权等问题,本文在VC++开发环境下,使用OpenGL图形开发工具,基于面向对象的编程自主开发了三自由度龙门机架、六自由度关节型弧焊机器人和两自由度变位机的三维造型及焊接过程图形仿真系统。对一类关节型焊接机器人的运动学计算问题,给出了通用解。 焊接工件特征设计是解决机器人焊接CAD与CAPP、CAM系统集成的重要支撑技术之一。探讨了焊接产品特征的定义与分类以及特征造型方法,提出了自动焊接装配的概念。提出了一种复合方式开发焊接标准件、通用件的变量化设计方法,实现了焊接标准件、通用件的特征设计。提出特征库的变量化设计方法,建立了各种坡口特征库,实现了基于特征库的坡口特征设计,并提出了一种改进的坡口特征设计方法。实现了接头特征设计及基于接头特征的自动焊接装配。 为实现焊接产品的信息集成和管理,提出了焊接产品数据管理(PDM)的功能,建立了焊接产品数据模型,解决了与Solid Edge的双向数据流动,实现各系统之间的信息共享和集成管理。提出了焊缝特征坐标系的概念,实现了焊缝特征的识别、提取。 焊接工艺规划和机器人路径规划是实现编程智能化的关键。针对空间焊缝机器人焊接工艺规划问题,提出了一种新的技术途径,将空间焊缝分解为一个立坡焊和横坡焊的组合,设计了空间焊缝焊接工艺的推理策略,实现了针对装甲车辆的富氩气体保护焊工艺规划。针对重型产品的大型机器人工作站的无碰路径规划问题,分析了其特点,提出转化为机器人机座的位置优化和路径及轨迹联合优化两个问题。 对机器人机座的位置优化问题,建立了多目标优化数学模型及解决方法,采用遗传算法为优化方法,建立了本问题的适应度函数,经过大量实践获得了合适的参数。基于该算法对典型空间相贯线焊缝优化实验,并下载到机器人控制器执行焊接实验,结果表明,通过该算法可以快速找到接近目标最优解,方法正确可行,机器人关节运动平稳,获得了良好的焊缝。 对路径及轨迹联合优化问题,提出融合基于知识、遗传算法和人工势场法、栅格搜索法等技术途径来解决。根据该问题特点,改进人工势场建立了引力场势函数和斥力场势函数,并提出了路径及轨迹联合优化策略,基于该策略,对炮塔多段长直焊缝优化实验,并对优化结果图形仿真,达到了预期效果。 提出了机器人自适应焊接的技术内涵,针对大厚件,设计了适合接缝寻位、接缝跟踪、接头特征提取等功能的结构光视觉传感系统。建立了结构光视觉传感系统,分析了图象干扰信号的特点,硬件上采用结构光和复合滤光处理,软件上采用平滑和Sobel锐化或Canny水平算子剔除弧光、飞溅干扰信号,采用双浮动阈值分割和图象轮廓提取及连接获取较干净的接缝线条。提出了融合先验知识的接头特征点提取措施,获得了接头形状和焊接特征,建立接缝跟踪实验平台,实验验证了系统及上述方法的正确性。
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