汽车门板内外饰件的双机械臂协调焊接研究
发布时间：2022-02-10 19:09
在汽车门板内外饰件焊接生产线上,面对不同型号汽车门板以及数量繁多、种类多样的焊点,需要使焊接生产更加柔性化和智能化。使用双臂协同焊接来替代单臂焊接可提高工作效率,同时也对生产安全提出了严格的要求:确保双臂焊接为无碰撞过程。焊接前的准备工作涉及焊点分配和焊点序列规划两个主要问题,关系到生产焊接效率。因此,本文针对汽车门板内外饰件的双机械臂协调焊接,研究双臂协同焊接、焊点分配与焊点序列规划,主要研究内容如下:首先,研究了焊接机械臂运动学与建模。双臂协同运动问题,涉及机械臂运动学。本文以IRB1600型号机械臂为研究对象,基于D-H表示法和迭代数值解法分别为其建立正、逆运动学方程,并建立运动学模型。基于机器人仿真平台V-REP进行仿真实验,验证机械臂模型的有效性,对正、逆运动学方程进行了验证。其次,研究了双臂碰撞检测及避障运动规划。本文基于OBB（Oriented Bounding Box）包围体技术建立机械臂碰撞检测模型,介绍了以OBB-Tree重叠检测为原理的碰撞检测算法,并以此作为避障运动规划的碰撞检验依据。通过设置目标偏置概率、加入最小步长控制和引入双向扩展树机制,对RRT（Rapi...
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工位运动示意图
第二章焊接机械臂运动学分析及建模9第二章焊接机械臂运动学分析及建模2.1引言汽车门板焊接生产中使用的焊接机械臂，因其仿照人体手臂关节组织结构而具有强大的灵活性，广泛地作为工业生产工具。研究机械臂运动一直是机器人领域的重要课题，同时也为工业生产提供理论基矗本文所讨论的焊接机械臂是由六个旋转关节组成的工业焊接机械臂，其基座一端固定，防止机械臂移动，末端为自由端，可通过末端执行器来执行具体动作。通常在做任务规划的时候，最直观的是使用笛卡尔空间的坐标描述来指导机械臂末端需要到达的期望位置和姿态，然而，只有通过驱动各个关节旋转机械臂末端才能运动，所以机械臂的末端运动是各个关节转角相互配合的结果。描述末端位置和方向与各个关节转角之间的转换关系是解决机械臂运动的重要一步，在机械臂运动学中这层转换关系包含两个方面：（1）已知机械臂参数和各个关节变量角度值，求解机械臂末端的位置和姿态，称之为正运动学；（2）已知机械臂参数和机械臂末端的位置和姿态，求解各个关节变量角度值，称之为逆运动学。因此需要构建一种数学模型来描述末端与各关节之间的关系，才能求解具体的正逆运动学问题。本文首先利用矩阵及矩阵变换来描述刚体在空间中的位置、姿态和运动，然后使用D-H（Denavit-Hartenberg）方法[39]来推导ABBIRB1600机械臂各关节之间的变换关系，构建具体机械臂模型，以完成求解ABBIRB1600机械臂的正逆运动学。图2-1机械臂正逆运动学关系2.2空间位姿描述空间位姿用于描述一个刚体的空间位置和空间姿态（方位），是研究空间刚体运动的基础[40]。通常，在笛卡尔坐标系中只需一个三维向量即可描述空间位置。相比于空间
华南理工大学硕士学位论文10位置，空间方位的表示略为复杂，一般情况下在刚体上“附着”一个跟其转动的坐标系，通过定量表示该坐标系与参考坐标系的旋转关系来描述刚体的空间方位。（1）空间位置描述在笛卡尔坐标系中，一个三维向量便可确定空间位置。如图2-2所示，笛卡尔坐标系{O}中某点P，其在三个坐标轴上的坐标分别为xp、yp、zp，则点P可以表示为：xyzPpipjpk（2-1）图2-2位置描述示意图写成向量形式为:xyzpPpp（2-2）（2）空间位姿描述图2-3方位描述示意图假如坐标系{B}原点与参考坐标系原点重合，如图2-3所示，坐标系{B}由相互垂直的三个单位向量表示：nèx、o、ax。坐标系{B}中的每一个主向量用所在参考系{O}的三个主轴表示，那么坐标系{B}的三个坐标可以表示成一个三维方阵OBR：
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能制造是“中国制造2025”主攻方向[J]. 周济. 企业观察家. 2019(11)
[2]基于模拟退火蚁群算法的机器人路径规划方法[J]. 袁佳泉,李胜,吴益飞,郭健. 计算机仿真. 2019(10)
[3]智能制造要求下的新能源汽车焊接技术浅谈[J]. 黄一骁. 内燃机与配件. 2019(06)
[4]基于启发式Bi-RRT算法的虚拟手臂运动规划[J]. 陈静杰,耿丽琴. 计算机工程与科学. 2019(03)
[5]基于MATLAB的PUMA560机器人正逆解研究[J]. 陈晗,李林升. 制造业自动化. 2018(12)
[6]智能制造及其关键技术研究现状与趋势综述[J]. 张映锋,张党,任杉. 机械科学与技术. 2019(03)
[7]基于改进蚁群算法的多机器人任务分配[J]. 秦新立,宗群,李晓瑜,张博渊,张秀云. 空间控制技术与应用. 2018(05)
[8]工业机器人在智能制造中的角色[J]. 戴家鹏. Engineering. 2018(04)
[9]基于改进粒子群算法的机器人路径规划[J]. 王志中. 制造技术与机床. 2018(02)
[10]基于蚁群算法-粒子群算法的白车身侧围点焊机器人路径规划[J]. 侯仰强,王天琪,李亮玉,张志臣,赵娜. 中国机械工程. 2017(24)
硕士论文
[1]基于轮轨噪声的钢轨裂纹故障诊断算法研究[D]. 赵姣.西安理工大学 2018
[2]面向双臂协调的运动规划方法研究[D]. 白玉昊.哈尔滨工业大学 2018
[3]6R工业机器人连续路径平滑轨迹规划及时间最优化研究[D]. 赵莉.兰州理工大学 2018
[4]双机械臂协作作业控制系统路径规划研究[D]. 班瑞阳.哈尔滨工程大学 2018
[5]多机器人协同的汽车内外饰件焊接路径规划研究[D]. 谢鹏程.华南理工大学 2018
[6]基于自适应蚁群算法的移动机器人路径规划研究[D]. 王学梅.安徽工程大学 2016
[7]工业机器人焊接生产线的设计及研究[D]. 夏生健.东南大学 2016
[8]多机器人协作焊接系统的算法研究与仿真实现[D]. 张曦.东南大学 2015
[9]多机器人协同的焊接路径规划研究[D]. 赵硕.合肥工业大学 2015
[10]多工业机器人基座标系标定及协同作业研究与实现[D]. 吴潮华.浙江大学 2015
本文编号：3619372
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工位运动示意图
第二章焊接机械臂运动学分析及建模9第二章焊接机械臂运动学分析及建模2.1引言汽车门板焊接生产中使用的焊接机械臂，因其仿照人体手臂关节组织结构而具有强大的灵活性，广泛地作为工业生产工具。研究机械臂运动一直是机器人领域的重要课题，同时也为工业生产提供理论基矗本文所讨论的焊接机械臂是由六个旋转关节组成的工业焊接机械臂，其基座一端固定，防止机械臂移动，末端为自由端，可通过末端执行器来执行具体动作。通常在做任务规划的时候，最直观的是使用笛卡尔空间的坐标描述来指导机械臂末端需要到达的期望位置和姿态，然而，只有通过驱动各个关节旋转机械臂末端才能运动，所以机械臂的末端运动是各个关节转角相互配合的结果。描述末端位置和方向与各个关节转角之间的转换关系是解决机械臂运动的重要一步，在机械臂运动学中这层转换关系包含两个方面：（1）已知机械臂参数和各个关节变量角度值，求解机械臂末端的位置和姿态，称之为正运动学；（2）已知机械臂参数和机械臂末端的位置和姿态，求解各个关节变量角度值，称之为逆运动学。因此需要构建一种数学模型来描述末端与各关节之间的关系，才能求解具体的正逆运动学问题。本文首先利用矩阵及矩阵变换来描述刚体在空间中的位置、姿态和运动，然后使用D-H（Denavit-Hartenberg）方法[39]来推导ABBIRB1600机械臂各关节之间的变换关系，构建具体机械臂模型，以完成求解ABBIRB1600机械臂的正逆运动学。图2-1机械臂正逆运动学关系2.2空间位姿描述空间位姿用于描述一个刚体的空间位置和空间姿态（方位），是研究空间刚体运动的基础[40]。通常，在笛卡尔坐标系中只需一个三维向量即可描述空间位置。相比于空间
华南理工大学硕士学位论文10位置，空间方位的表示略为复杂，一般情况下在刚体上“附着”一个跟其转动的坐标系，通过定量表示该坐标系与参考坐标系的旋转关系来描述刚体的空间方位。（1）空间位置描述在笛卡尔坐标系中，一个三维向量便可确定空间位置。如图2-2所示，笛卡尔坐标系{O}中某点P，其在三个坐标轴上的坐标分别为xp、yp、zp，则点P可以表示为：xyzPpipjpk（2-1）图2-2位置描述示意图写成向量形式为:xyzpPpp（2-2）（2）空间位姿描述图2-3方位描述示意图假如坐标系{B}原点与参考坐标系原点重合，如图2-3所示，坐标系{B}由相互垂直的三个单位向量表示：nèx、o、ax。坐标系{B}中的每一个主向量用所在参考系{O}的三个主轴表示，那么坐标系{B}的三个坐标可以表示成一个三维方阵OBR：
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能制造是“中国制造2025”主攻方向[J]. 周济. 企业观察家. 2019(11)
[2]基于模拟退火蚁群算法的机器人路径规划方法[J]. 袁佳泉,李胜,吴益飞,郭健. 计算机仿真. 2019(10)
[3]智能制造要求下的新能源汽车焊接技术浅谈[J]. 黄一骁. 内燃机与配件. 2019(06)
[4]基于启发式Bi-RRT算法的虚拟手臂运动规划[J]. 陈静杰,耿丽琴. 计算机工程与科学. 2019(03)
[5]基于MATLAB的PUMA560机器人正逆解研究[J]. 陈晗,李林升. 制造业自动化. 2018(12)
[6]智能制造及其关键技术研究现状与趋势综述[J]. 张映锋,张党,任杉. 机械科学与技术. 2019(03)
[7]基于改进蚁群算法的多机器人任务分配[J]. 秦新立,宗群,李晓瑜,张博渊,张秀云. 空间控制技术与应用. 2018(05)
[8]工业机器人在智能制造中的角色[J]. 戴家鹏. Engineering. 2018(04)
[9]基于改进粒子群算法的机器人路径规划[J]. 王志中. 制造技术与机床. 2018(02)
[10]基于蚁群算法-粒子群算法的白车身侧围点焊机器人路径规划[J]. 侯仰强,王天琪,李亮玉,张志臣,赵娜. 中国机械工程. 2017(24)
硕士论文
[1]基于轮轨噪声的钢轨裂纹故障诊断算法研究[D]. 赵姣.西安理工大学 2018
[2]面向双臂协调的运动规划方法研究[D]. 白玉昊.哈尔滨工业大学 2018
[3]6R工业机器人连续路径平滑轨迹规划及时间最优化研究[D]. 赵莉.兰州理工大学 2018
[4]双机械臂协作作业控制系统路径规划研究[D]. 班瑞阳.哈尔滨工程大学 2018
[5]多机器人协同的汽车内外饰件焊接路径规划研究[D]. 谢鹏程.华南理工大学 2018
[6]基于自适应蚁群算法的移动机器人路径规划研究[D]. 王学梅.安徽工程大学 2016
[7]工业机器人焊接生产线的设计及研究[D]. 夏生健.东南大学 2016
[8]多机器人协作焊接系统的算法研究与仿真实现[D]. 张曦.东南大学 2015
[9]多机器人协同的焊接路径规划研究[D]. 赵硕.合肥工业大学 2015
[10]多工业机器人基座标系标定及协同作业研究与实现[D]. 吴潮华.浙江大学 2015
本文编号：3619372
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