基于图像处理的机器人焊接智能制造技术研究

发布时间：2021-07-04 20:33

　　焊接是制造业中的重要工艺技术,广泛应用在工业制造、军事航天、家用电器等领域。人工焊接时,产生的有害气体、弧光飞溅、烟尘等会对身体造成一定的伤害。此外,工人还需要长时间保持某一固定的焊接姿态,其工作强度较大,难以保持焊接质量的稳定性和一致性。因此,为了实现焊接自动化,提高焊接产品的生产效率及质量,改善工人恶劣的劳动环境,对基于图像处理的机器人焊接智能制造技术进行了研究。本文选用ABB IRB2400型焊接机器人,利用离线编程软件Robot Studio和三维设计软件Solidworks,搭建了焊接机器人工作站。通过查询焊接手册,进行焊接试验,确定了焊接工艺参数。创建了常用的焊接I/O信号,进行信号关联,编写完成了焊接程序。进行焊接仿真时,利用示教器生产屏幕,不断优化焊接参数,得到了较为理想的焊缝。焊接机器人运动学分析是研究机器人技术的前提,它为焊接机器人实现轨迹规划和运动控制提供了理论依据。本文运用D-H参数法确定了机器人各连杆参数,利用Matlab Robotics Toolbox工具箱完成了ABB IRB2400机器人建模。对机器人进行正逆运动学求解,验证了机器人建模的正确性。运用多... 

【文章来源】：山东理工大学山东省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

手工焊接

山东理工大学硕士学位论文第一章绪论1第一章绪论1.1课题研究的背景和意义目前，焊接工作多以手工焊为主，自动化焊接率仅为30%[1]。如图1.1所示，传统的手工焊接会产生有害气体和弧光烟尘，对焊工的身体造成一定的伤害。工人焊接时需要长时间保持某一固定的姿态，其工作强度较大，难以保持稳定的焊接质量[2]。因此，用机器人自动焊接代替人工焊接，将成为未来全球工业制造发展的主旋律。机器人自动焊接，如图1.2所示。图1.1手工焊接图1.2机器人焊接Fig.1.1ManualweldingFig.1.2Robotwelding焊接机器人工作站是将通用机器人技术和自动化技术的高度融合，焊接时控制工装夹具和变位机固定工件，通过围栏和吸尘装置保护人身安全，所有这些配套装置与焊接机器人协调统一地工作，构成了一个整体。通过研究设计焊接机器人工作站可以降低厂房成本、节约能耗、提高工作效率，有利于推动我国工业自动化和现代化地发展。工业应用中的焊接机器人，多为示教型机器人，这类机器人通常按事先手动示教的路径重复焊接工作，在焊接时由于热变形会导致焊缝位置变化，影响焊接效果，缺乏一定的柔性[3]。因此，为弧焊机器人集成相应的传感器并引入自动化控制，从而使弧焊机器人实现自主化、柔性化以及智能化。选用灵敏度高、抗干扰能力强的焊缝跟踪传感器，是决定整个焊缝跟踪系统精度的重要前提[4]。视觉传感器与焊件无接触，具有安全可靠的特点，焊接时它将获取的焊缝图像传送给计算机，图像处理后得到焊缝中心线的位置[5]。通过调整焊枪和焊缝中心线的位置偏离，保持焊枪始终沿焊缝中心线运动，从而使得机器人可以实现准确的跟踪焊缝。1.2焊接机器人国内外研究现状近年来，随着自动控制理论、自动化技术和集成光电器件的应用，焊接机器人设备

山东理工大学硕士学位论文第一章绪论2得到了巨大地发展。焊接机器人的广泛应用，不仅提高了焊接产品生产效率，也改善了工人的劳动环境，降低了工人的工作强度[6]。1.2.1焊接机器人国外研究现状目前，工业应用中的焊接机器人多采用示教再现功能进行焊接作业，先由用户操控机器人沿焊接轨迹示教，存储每个动作的位姿、运动参数和焊接参数，并自动生成完成此任务的程序[7]。进行焊接时，发送一个启动指令，机器人就可以准确的重复示教动作，完成给定的焊接作业[8]。1961年，美国Unimation公司生产的“Unimate”工业机器人，是世界上第一台工业示教机器人，如图1.3所示。这台工业机器人遵照磁鼓上的程序指令工作，按次序堆叠热压铸金属件，被用于通用汽车的生产线中，可以进行搬运和焊接等危险的作业[9]。图1.3Unimate机器人Fig.1.3UnimateRobot1973年，德国库卡公司将“Unimate”机器人进行改造，研发了世界上第一台机电驱动的六轴机器人“Famulus”，如图1.4所示[10]。图1.4Famulus机器人Fig.1.4FamulusRobot1974年，瑞典ASEA公司推出了“IRB6”五轴机器人，它由全电动微型处理器控制，其机械手臂模仿人类的手臂，可以载重6公斤工作[11]。1978年，美国Unimation公司推出了“PUMA”工业机器人，将其应用于通用汽车装配线[12]。截止到2019年底，

【参考文献】：
期刊论文
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[3]CO2气体保护焊短路过渡控制技术的研究现状与展望[J]. 陈涛,薛松柏,孙子建,翟培卓,陈卫中,郭佩佩.  材料导报. 2019(09)
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硕士论文
[1]六自由度搬运机器人运动轨迹规划及仿真分析[D]. 南永博.陕西理工大学 2018
[2]六关节机器人离线轨迹规划和仿真系统的设计与实现[D]. 邹善席.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2018
[3]新型多指灵巧手的结构设计及系统仿真研究[D]. 徐卫东.山东科技大学 2018
[4]焊接机器人视觉焊缝跟踪系统研究[D]. 陈天元.东南大学 2018
[5]基于机器视觉的异型工件机器人焊接轨迹自动生成方法研究[D]. 周仁义.华南理工大学 2018
[6]基于机器视觉的焊接机器人焊缝识别与跟踪系统[D]. 孙文侠.青岛科技大学 2018
[7]基于焊缝激光跟踪技术的波纹板焊接机器人控制系统研发[D]. 洪亚鲁.济南大学 2017
[8]基于视觉的焊缝路径识别与轨迹规划[D]. 李华.山东科技大学 2017
[9]基于ANSYS的低碳钢高频感应焊接工艺优化及实验研究[D]. 单慧云.重庆理工大学 2017
[10]移动焊接机器人的轨迹规划与跟踪控制[D]. 孙双双.南京理工大学 2017



本文编号：3265492