铝合金空间焊缝的机器人焊接离线编程及焊接工艺

发布时间：2020-10-16 12:40

　　 随着焊接机器人技术的不断发展,焊接机器人在空间焊缝的实际焊接当中应用极为广泛,比如管-管、管-球、管-板等相贯线的焊接,球罐的焊接,压力容器的焊接,石油平台导管架管道的焊接等。但是在当前的生产过程中,焊接机器人仍以在线示教编程为主,再加上零件的复杂性和环境的特殊性对焊接机器人的编程提出了苛刻的要求;而机器人离线编程技术以其众多优势,弥补了在线示教编程的不足。本文介绍了空间物体的位置和姿态的描述方法和空间坐标系之间的转换方式。根据相贯线模型推导出了相贯线的数学方程,同时建立了空间焊缝和焊枪的位置与姿态模型。根据角焊缝的焊接特点给出了船形焊接角度的计算方法,并通过D-H法建立了KR60HA机器人连杆坐标系并推导出了正逆运动学求解方法。采用KUKA SimPro和KUKA OfficeLite软件,构建了KR60HA机器人的离线编程工作站。根据船形焊接角度,采用CIRC运动指令编辑了KR60HA机器人与变位机协调配合的相贯线行走轨迹程序;同时实现了运行轨迹的仿真、碰撞检测及程序文件的生成。对比了轨迹规划前后的机器人关节角度变化;通过关节空间规划方法有效地解决了KR60HA机器人的A4-A6关节角度在相贯线的1/4焊点上变化幅度大的问题。分析了虚拟工作环境的坐标系与实际工作环境的坐标系之间的误差,并给出了一种基于理想状态下求解实际坐标值的计算方法。该计算方法的计算结果几乎与软件中的坐标值相等;通过该计算方法有效地提高了KUKA SimPro的离线编程效率。研究了焊接参数和机器人运行轨迹对相贯线焊缝成形的影响。当MIG电流为135A、平均焊接速度为498.5mm/min时,运行至相贯线的3/4时工件已被烧穿;当MIG电流128A和120A,平均焊接速度分别为608.3mm/min和629.5mm/min时,在相贯线焊缝的起始阶段、1/4段和最后阶段出现了未熔合、焊缝不连续和熔池未填满等缺陷;当MIG电流和平均焊接速度分别为120A和629.5mm/mim时,采用规划后的运行轨迹程序获得的相贯线焊缝成形连续,具有较均匀的鱼鳞纹。
【学位单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG409
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究目的及意义
    1.2 机器人空间复杂焊缝的国内外研究现状
    1.3 弧焊机器人研究现状及发展趋势
        1.3.1 弧焊机器人国内外研究现状
        1.3.2 弧焊机器人技术研究现状
        1.3.3 弧焊机器人发展趋势
    1.4 弧焊机器人离线编程技术国内外研究现状
    1.5 本文主要研究内容
    1.6 本文主要技术路线
第二章 试验设备、材料及离线编程软件
    2.1 试验设备
    2.2 试验材料
    2.3 离线编程软件
        2.3.1 KUKASimPro3.0
        2.3.2 KUKAOfficelite8.3
第三章 机器人与工件的空间描述及运动学求解
    3.1 空间位置、姿态及坐标系
        3.1.1 空间位置
        3.1.2 空间姿态
        3.1.3 空间坐标系
        3.1.4 坐标系之间的变换
    3.2 空间焊缝位姿模型
        3.2.1 空间焊缝模型方程
        3.2.2 空间焊缝位姿模型的建立
        3.2.3 相贯线焊缝的船形焊接角度的计算
    3.3 焊枪位姿模型
    3.4 KUKAKR60HA-3机器人运动学求解
        3.4.1 KUKAKR60HA-3机器人连杆坐标系的建立
        3.4.2 KUKAKR60HA-3机器人正运动学计算
        3.4.3 KUKAKR60HA-3机器人逆运动学计算
    3.5 本章小结
第四章 相贯线焊缝的离线编程、仿真及机器人轨迹规划
    4.1 KUKA机器人离线编程环境的搭建
        4.1.1 离线编程工作环境的建立
        4.1.2 Tool坐标与Base坐标系的标定
    4.2 相贯线焊缝焊接轨迹的离线编程
        4.2.1 E1轴旋转角度的计算
        4.2.2 变位机E1轴的翻转方向对机器人行走轨迹的影响
        4.2.3 弧焊机器人相贯线运动轨迹的生成
    4.3 弧焊机器人相贯线运动轨迹的仿真
        4.3.1 碰撞检测
        4.3.2 机器人轨迹规划
    4.4 离线编程程序文件的生成
    4.5 本章小结
第五章 系统误差分析及补偿算法
    5.1 坐标系的标定误差
        5.1.1 Tool坐标系的标定
        5.1.2 DKP变位机足底坐标系的标定
        5.1.3 工作台坐标系的标定
        5.1.4 工件坐标系的标定
    5.2 离散焊点坐标值在世界坐标系中的补偿算法
        5.2.1 求解理想工件位置的焊点坐标值算法
        5.2.2 求解实际工件位置的焊点坐标值算法
    5.3 本章小结
第六章 铝合金相贯线焊接工艺试验
    6.1 离线编程程序文件的导入
    6.2 铝合金相贯线焊接试验
        6.2.1 焊前准备
        6.2.2 轨迹调试
        6.2.3 焊接参数
    6.3 焊接参数对相贯线焊缝成形的影响
    6.4 机器人运行轨迹对相贯线焊缝成形的影响
    6.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
个人简介

【参考文献】

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本文编号：2843268