为了提高汽车车身焊接过程中焊接机器臂轨迹的平稳性和精确度,在B样条插值法为基础上,建立三次B样条曲线数学模型,为使该曲线通过各焊点所对应的焊接机器臂关节空间位姿,反算曲线控制顶点,并对通过在控制顶点两侧添加辅助控制点的方法对机器人各关节进行轨迹优化,以提高机器人运动过程的平滑性。在MATLAB平台进行仿真实验并与三次样条插值法进行对比,优化结果表明,各关节在焊点附近的速度、加速度曲线变得更加平缓,验证了该方法的有效性。

为保证焊接机器人视觉系统精确运行,综合各标定方法对系统中所涉及坐标系及其之间的关系进行标定。对相机进行标定,确定相机内外参数矩阵;进行机器人手眼标定,用于确定视觉系统中相机坐标系(CC)与机器人末端坐标系(CE)之间的转换关系;进行机器人工具坐标系标定,确定机器人工具坐标系(CT)与机器人基座坐标系(CB)之间的转换关系。最后通过实验验证了各标定方法的可行性。

研究中厚板材的大范围跨度和无突变性焊接的关键技术,以保证液压支架的焊接效率、精度和质量。这里以工业用6DOF焊接机器人SR165为研究对象,基于D-H参数建模方法对焊接机器人SR165的正、逆运动学进行求解,采用蒙特卡罗法分析了该机器人的有效工作空间,利用MATLAB工具箱对其手腕末端点(TCP)进行工作空间云图、角位移、角速度和角加速度仿真。仿真结果满足该焊接机器人的运动学要求,为该类机器人的空间规划,轨迹规划、动静力学分析和运动控制等提供了参考依据。

针对传统焊接工作站多角度焊接协调难度大、作业环境中存在健康危害等问题,基于变位机和搬运机器人配合焊接机器人的焊接作业方式设计了一套智能焊接机器人系统。首先对系统整体布局做出了详细设计;然后分别对外部轴变位机、焊接工装夹具、机器人搬运卡爪以及上、下料线进行了设计;接着综合考虑系统的尺寸及作业要求,分别进行了焊接机器人与搬运机器人及其装备的选型。设计的智能机器人焊接系统实际应用结果表明,其可有效提高生产效率。

为提高铁轨S型支脚焊接质量与生产效率,设计了一种基于安川弧焊机器人的焊接工作站。首先,根据铁轨支脚焊接特性及安全防护等功能需求,确定了基于安川MA2010弧焊机器人与双工位单轴变位机的焊接工作站总体方案;基于“六点定位”原理设计了夹具系统机械结构,并完成气缸选型设计;采用MOTOSIM运动仿真软件,进行夹具系统焊接过程运动仿真与干涉性分析,验证焊接方案的可行性;利用拓扑优化理论对夹具体进行轻量化优化设计,优化后夹具体质量比优化前减少了21.76%;结合夹具系统定位及夹紧的功能需求,基于Device Net扩展基板进行控制系统设计,实现了对夹具系统的远程控制。最后,制定了焊接正交试验方案,完成焊接工艺参数优化与焊接性能试验。试验结果表明,该焊接工作站能满足S型支脚焊接需求,可为板材类工件的机器人自动焊接系统设计提供参考。

为减小焊接机器人龙门架结构质量,提高焊接机器人动态响应能力,提出了一种基于多目标遗传算法(MOGA)的焊接机器人龙门架结构优化方法。通过构建焊接机器人龙门架结构Kriging近似模型,以龙门架结构质量为优化目标,龙门架横梁板材厚度、立柱板材厚度、底座板厚度为约束条件,采用MOGA算法对目标函数进行求解,得出焊接机器人龙门架结构的最优参数。仿真结果表明,采用Kriging近似模型优化的焊接机器人龙门架结构在满足静态特性和动态特性要求的情况下,龙门架结构质量较优化前减小了45.88%,为111.23 kg,所提方法具有良好的优化效果。

为提高焊接机器人的工作效率,提出一种基于高斯变异蝗虫优化算法(GMGOA)的焊接机器人路径规划新方法。GMGOA在蝗虫优化算法(GOA)的基础上,引入了高斯变异操作,有效地减少了劣质解的个数,实现了算法跳出局部最优能力的增强。3个典型旅行商问题(TSP)算例的测试结果表明,GMGOA性能比GOA有了很大程度的提升;焊接机器人路径规划实例结果表明,GMGOA在焊接机器人路径规划中是有效可行的,获较其他几种方法获得的焊接路径更短、计算稳定性更强。

焊接是制约液压支架结构件整体制造效率提升的瓶颈工序,提高机器人焊接效率意义重大。研究φ1.6 mm焊丝机器人焊接在不同焊接参数下的焊缝成形和电弧形态、接头力学性能试验和疲劳寿命试验。结果表明:机器人采用φ1.6 mm焊丝在焊接电流500~540 A时电弧射流过渡形式明显,熔池稳定性高,焊缝成形良好,焊接接头各项力学性能均能满足要求;当电流增大到580 A时,电弧出现旋转射流过渡,电弧飘浮不定,飞溅增多,余高过高,不利于焊缝成形,焊缝熔合线较差,接头弯曲可能会开裂;机器人采用φ1.6 mm焊丝在焊接电流500~540 A时具有较高的疲劳寿命,相比φ1.2 mm焊丝焊接效率可提升50%以上。

以焊接机器人为研究对象,利用SolidWorks建模功能和RobotStudio仿真功能搭建了焊接机器人工作站。根据焊件的实际工况设置焊接系统参数,研究发现短路过渡的焊接方法适合薄板低碳钢的焊接。设计了供电供气系统,规划了焊接轨迹。为了提高机器人精度,采用TCP和Z、X法建立工具坐标,采用三点法设置工件坐标。创建了常用的I/O信号,并进行信号关联,使用焊接机器人专用的编程指令,编写完成了焊接程序。创建了碰撞监控,保证焊枪与焊件在示教和仿真运行时不发生碰撞。运用TCP跟踪功能验证了焊缝轨迹的准确性,调用计时器功能,记录焊接仿真时间。在示教器生产屏幕中不断优化焊接参数,从而得到理想的焊缝。通过对焊接工作站的仿真设计,有利于改善劳动条件,提高生产效率。

针对KUKA机器人焊接质量监测工作量大、抽样样本小的特点,提出一种基于后验预测分布的贝叶斯动态监控方法。从历史数据中选择合适的数据,计算先验分布的超参数;再结合当前样本构建服从负二项分布的后验预测分布,实时计算控制限,实现对焊接质量的动态监测。结果表明:该方法优于传统似然估计法,有更强的异常检出力和稳健性。