天富平台公司 - 天富平台APP下载|天富平台代理【官网登录】

【天富招商】交叉双管道机器人通过协作完成焊接工作

空间相交曲线的焊接在压力容器中应用广泛,其中的焊接质量是传统方法无法达到的。为此,该研究通过运动规划和离线编程的方法,提出了一种新型的双机器人焊接相交管道的方法。该方法利用双机器人系统的冗余性,获得协同焊接任务的替代路径。根据焊缝的数学模型,通过相关数学理论和MATLAB编程,生成相交管道的相交曲线轨迹。将相交曲线轨迹分解为焊接轨迹和协作轨迹,然后导入RobotStudio仿真平台。最终实现了双机器人的协同焊接操作,验证了所提出方法的有效性。本文以“Simulation and trajectory generation of dual-robot collaborative welding for intersecting pipes”为题于2020年10月14日发布于《The International Journal of Advanced Manufacturing Technology》杂志上。

《【天富招商】交叉双管道机器人通过协作完成焊接工作》

研究背景

相交管道广泛应用于石油化工、汽车制造等工业领域。传统的手工焊接方法往往依赖于工人的操作水平,难以保证焊接质量。与手工焊接相比,机器人焊接能显著提高焊接质量和焊接效率,在焊接领域尤为重要。相交曲线是由相交管道的两个外圆柱形表面形成的一条复杂的空间曲线。

有两种机器人焊接方法,第一种是通过连接管道的机器人吊坠,在相交曲线上教每个焊点,然后按顺序驱动焊枪到达每个焊点,最终记录并形成焊接轨迹。另一种基于机器人离线编程的方法是采用计算机图形学技术,建立相交管道的三维模型,提取焊缝特征,最后在交汇曲线和焊枪约束下形成整个焊接轨迹。

对于空间曲线复杂的焊接任务,第一种方法可以通过手工教学和编程来实现,但大量的焊点不可避免地费时、不准确,无法准确保证焊枪的位置和方向。离线编程技术在机器人焊接研究中引起了广泛的关注。

对于交叉曲线、焊接轨迹和协同轨迹的离线编程研究报道较少,未考虑以下问题:(1)与协同定位器相比,双机器人焊接由于存在冗余,可以为机器人协同焊接提供更好的替代方案。(2)焊接机器人的位置和定位主要以矩阵形式描述,缺乏实际轨迹,轨迹可视化可以为实际焊接提供优化。(3)焊接对象相对理想化,不考虑相交管道的偏置和偏斜情况。

机器人焊接离线编程可以保证更精确的轨迹规划。以焊枪姿态和管道旋转中心为约束条件,通过管道的三维模型提取出管道的相交曲线。采用解耦算法,利用MATLAB软件生成两种轨迹,最后将数据导入RobotStudio进行仿真分析。仿真结果验证了该算法的有效性。

《【天富招商】交叉双管道机器人通过协作完成焊接工作》

双机器人协同焊接协调系统

《【天富招商】交叉双管道机器人通过协作完成焊接工作》

图为两相交管的几何形状

为了保证焊接质量,在理想的焊接位置上,相交曲线的每个焊接点应与TCP(焊枪的端点)重合,以达到焊接特性的一致性、同步性和连续性。因此,需要将连续相交曲线离散成一系列点,并考虑各点在不同时刻的位置和方向的约束。在一定的插补周期内,由位置和方向离散两部分组成,并对其进行了详细的描述。

影响焊接质量的因素包括焊接速度、焊枪姿态、电弧电压、电弧电流等。其中,电弧电压和电弧电流分别影响焊缝的宽度和高度,由焊接系统控制和调节。焊枪的姿态取决于与焊缝的相对位置。在焊接过程中,焊接速度是焊枪与焊缝之间的相对速度,对焊缝的高度和宽度有着重要的影响,这是由焊接机器人的速度决定的。当焊接速度发生变化时,会导致焊缝厚度不均匀。因此,为了保证焊接速度的均匀,采用变角度插值方法对焊缝位置进行离散化。

《【天富招商】交叉双管道机器人通过协作完成焊接工作》

图为焊缝结构与焊枪状态

对于双机器人焊接系统,用方程表示封闭形链。协同焊接需要建立所涉及的解耦算法,该算法可以将相交曲线分解为焊接轨迹和协同轨迹的两个子运动。根据所提取的两根管道的相交曲线和参考的全局坐标系,从理论上得到了实际的焊接和协同轨迹,并对管道中心点的设置进行了反求。

双机器人焊接系统的冗余可以优化工作条件下的某些性能,同时对一条指定焊缝的焊接轨迹也会产生多个解。在交叉管CAD模型的基础上,对管道进行连续旋转,调整其结构,使焊缝上的每个焊接点与焊枪在理想位置重合,以完成焊接任务。因此,首先要确定旋转中心,才能产生焊接轨迹。但事实上,旋转中心有无数种选择。

【天富娱乐代理最高奖金】【天富平台代理最高奖金】

《【天富招商】交叉双管道机器人通过协作完成焊接工作》

图为夹具旋转中心类型:a为焊枪末端为旋转中心,b为夹具末端为旋转中心,c为管道中心为旋转中心

根据所提出的双机器人焊接方案,选择第三种情况,将工件的几何中心设为旋转点,满足冗余最优平衡的要求:(1)第一种和第二种情况本质上是单机器人焊接,不具有通用性;(2)在双机器人协同焊接过程中,焊接任务可以均匀地分配给两个机器人,同时也降低了任务的速度;(3)减少了单个机器人的任务负荷,避免了机器人工作空间的极限配置;(4)将工件的几何中心设为旋转中心,减少机器人的运动空间。

《【天富招商】交叉双管道机器人通过协作完成焊接工作》

图为相交曲线的分解

《【天富招商】交叉双管道机器人通过协作完成焊接工作》

图为焊接过程中的运动轨迹

《【天富招商】交叉双管道机器人通过协作完成焊接工作》

图为双机器人焊接平台

《【天富招商】交叉双管道机器人通过协作完成焊接工作》

图为仿真流程图

实验结论

综上所述,通过一系列计算,采用焊接工艺和离线编程相结合的方法,提出了一种新的管道双机器人协同焊接方法。基于双机器人系统的冗余性,得到了多条路径.从相交管道的CAD模型中提取出相交曲线,通过对相交曲线的分解计算出焊接和协同轨迹。通过仿真分析对该方法进行了验证。主要结论如下:

(1)该方法是通用的,通过交叉曲线的融合分解算法离线生成焊接和协同轨迹,使机器人在仿真平台上能够在给定的轨迹上运动。

(2)离线轨迹生成可以保证机器人焊接任务在实际焊接前的规划。通过优化关节位置和速度、工作空间、关节速度等,可以避免碰撞。

(3)成功地实现了双机器人的协同焊接仿真,验证了该方法的可靠性和有效性。

分析了轨迹分解算法和协同仿真。然而,实际的焊接试验和误差分析将在今后的工作中进行。

参考文献:Jiahao Xiong, Zhongtao Fu, Hang Chen, Jiabin Pan, Xiangsheng Gao & Xubing Chen Simulation and trajectory generation of dual-robot collaborative welding for intersecting pipesThe International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2020)

【天富最高待遇多少?】【天富平台总代理】

点赞