重載FSW機器人關(guān)節(jié)柔性分析與焊縫布局優(yōu)化方法研究與實現(xiàn).pdf

1、本文以江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項資金項目“高速重載(500kg)工業(yè)機器人核心技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項目為背景，系統(tǒng)地研究機器人攪拌摩擦焊中的柔性偏差補償和工件布局優(yōu)化等應(yīng)用技術(shù)問題，但因本項目中500kg重載機器人的設(shè)計研發(fā)還處于模型設(shè)計階段，所以本文以150kg大型機器人為實例進(jìn)行課題研究。
　　運動學(xué)求解是機器人運動控制的前提和基礎(chǔ)，本文針對自主研發(fā)的150kg機器人的結(jié)構(gòu)特性，采用D-H參數(shù)法建立了機器人的運動學(xué)模型，并推導(dǎo)出機器

2、人運動學(xué)的逆解，分析了機器人奇異位姿的判斷依據(jù)及重解選擇方法。本文構(gòu)建了150kg機器人的Adams仿真虛擬樣機，將6個關(guān)節(jié)的位置樣條曲線作為機器人Adams虛擬樣機的關(guān)節(jié)位置驅(qū)動曲線進(jìn)行運動仿真，得到的機器人末端軌跡與規(guī)劃的機器人末端軌跡重合，從而驗證了機器人運動學(xué)方程求解的正確性。
　　重載環(huán)境下機器人關(guān)節(jié)柔性造成的末端形變是影響機器人作業(yè)質(zhì)量的重要因素，本文用關(guān)節(jié)剛度量化機器人的關(guān)節(jié)柔性，分析并估算了機器人關(guān)節(jié)剛度，建立了機

3、器人剛度模型并給出了機器人剛度模型參數(shù)的實驗辨識過程和辨識結(jié)果。本文研究并實現(xiàn)了基于剛度模型的機器人末端偏差補償方法，詳細(xì)論述了機器人末端帶負(fù)載和施加頂鍛力兩種作業(yè)下的軌跡偏差補償策略和實驗分析。文中針對多條運動軌跡進(jìn)行了偏差補償實驗，實驗得出負(fù)載和頂鍛作業(yè)下平均偏差補償率分別為71.49％和88.84％。本文在負(fù)載實驗結(jié)果分析的基礎(chǔ)上提出了2次偏差補償方案，分析實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)2次偏差補償將平均偏差補償率提高至97.00％，該方案對進(jìn)行大

4、量重復(fù)性作業(yè)的機器人的軌跡偏差補償具有良好效果。實驗結(jié)果表明偏差補償方法雖在不同軌跡的補償上存在補償率不均衡的問題，但仍能有效減小機器人的末端形變，提高了重載機器人的作業(yè)質(zhì)量。
　　焊接工件在機器人工作空間中的合理布局能提高機器人攪拌摩擦焊作業(yè)性能，本文深入分析機器人攪拌摩擦焊工藝的影響因素，以末端形變量、關(guān)節(jié)力矩、運動靈活性為優(yōu)化目標(biāo)，以位姿非奇異、關(guān)節(jié)運動連續(xù)以及關(guān)節(jié)運動范圍、力矩、機器人末端運動范圍不超限為約束條件，建立焊接

5、工件布局的多目標(biāo)優(yōu)化模型。采用遺傳算法搜索最優(yōu)布局工位，完成布局優(yōu)化模型的求解，最后通過仿真實驗驗證了工件布局優(yōu)化模型的有效性。
　　最后以Solidworks為開發(fā)平臺、以VC++/MFC為開發(fā)語言，在本實驗室開發(fā)的機器人離線編程與仿真平臺ROBOLP的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了機器人攪拌摩擦焊仿真功能軟件的開發(fā)與集成。本文詳細(xì)論述了該軟件的設(shè)計原理與結(jié)構(gòu)以及接口實現(xiàn)和集成方法，給出了仿真功能軟件的焊縫信息提取模塊、焊接工藝參數(shù)設(shè)置模塊、工件