周龍桂 陸云

摘 要：為了改善ABB弧焊機(jī)器人焊接質(zhì)量，本文以焊接路徑規(guī)劃作為切入點，建立在工件焊接基礎(chǔ)上，構(gòu)建路徑規(guī)劃模型。該模型的信息來自手動示教方式應(yīng)用，根據(jù)起始點和終點創(chuàng)建向量，并計算焊縫離散點坐標(biāo)，采取投影、坐標(biāo)轉(zhuǎn)化等一系列處理，結(jié)合離散編程，形成路徑規(guī)劃模型。模擬結(jié)果表明，該算法能夠?qū)崿F(xiàn)角焊接路徑的高效高精準(zhǔn)規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：路徑規(guī)劃;離散化;機(jī)器人

經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展時代背景下，自動化制造產(chǎn)業(yè)逐漸向工業(yè)機(jī)器人作業(yè)方向轉(zhuǎn)變，并且在多個工廠推行，成為現(xiàn)階段工業(yè)發(fā)展不可缺少的工具之一[1]。焊接路徑規(guī)劃作為機(jī)器人技術(shù)的核心，在很大程度上決定了作業(yè)質(zhì)量，如何準(zhǔn)確規(guī)劃焊接路徑成為了當(dāng)前重點研究內(nèi)容[2]。目前，國內(nèi)已經(jīng)提出了一些路徑規(guī)劃策略，但是大部分未能通過驗證。為了加深對此方面內(nèi)容的探究，本文選擇比較常見的直線焊縫作為研究對象，探究其軌跡規(guī)劃策略。

一、ABB弧焊機(jī)器人焊縫離散化處理

按照手動示教方式，獲取與焊縫相關(guān)信息。信息中，起始位置記為 ，終止位置記為 。假設(shè)機(jī)器人作業(yè)焊接速度為V0，在對焊縫曲線采取離散化處理時，產(chǎn)生的插補(bǔ)周期記為T。

從焊縫的起始端開始計算，沿著焊縫處理方向，連接起點和終點，形成有向向量，記為 ，該向量的計算公式如下：

三、焊接路徑規(guī)劃模擬實驗

1、確定焊縫點位置

本次模擬試驗中，選取角焊接工藝作為機(jī)器人焊接方式[3]。其中，焊接對象為兩塊平面鋼板組成的工件。其中，工件焊接起點坐標(biāo)為 ，工件焊接終點為 。設(shè)定插補(bǔ)周期T=5s，機(jī)器人的焊接作業(yè)速度 。

第一步：對機(jī)器人焊縫采取離散化處理，生成焊縫點坐標(biāo)。其中。

第二步：將焊縫點坐標(biāo)組成空間直線，根據(jù)直線關(guān)系，構(gòu)建離散點輔助坐標(biāo)系[4]。

第三步：將示教三點帶入輔助坐標(biāo)系中，采用三點標(biāo)定方法，得到關(guān)系矩陣，即機(jī)器人與工件之間的關(guān)系，得到如下矩陣：

以機(jī)器人基坐標(biāo)系為參照，根據(jù)公式（7）計算各個焊縫離散點，生成位姿矩陣。

2、模擬效果分析

本次模擬實驗選取Robotstudio作為模擬工具，對ABB機(jī)器人的焊接作業(yè)進(jìn)行模擬，主要包括機(jī)器人的六個關(guān)節(jié)。以下為模擬步驟：

第一步：將角焊接縫模型導(dǎo)入其中，在軟件中創(chuàng)建角焊縫模型，實施格式為.stl，而后將此模型導(dǎo)入工作站中。

第二步：在工作站中調(diào)用焊接輔助模型，開啟軟件數(shù)據(jù)庫后查詢即可獲取，對ABB機(jī)器人下達(dá)焊接操作命令。

第三步：設(shè)置角焊接路徑，借助可視化系統(tǒng)，控制機(jī)器人焊接路徑。

按照上述操作的同時，計算各個離散點的位姿，并將計算結(jié)果輸入Bobotstudio當(dāng)中，形成路徑規(guī)劃方案。為了提高機(jī)器人焊接精準(zhǔn)度，對焊槍的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，校正后開始焊接。如圖2所示為焊縫離散化處理及編程檢驗現(xiàn)場。

焊接實驗結(jié)果表明，本焊接路徑規(guī)劃模型能夠準(zhǔn)確找到焊縫位置，形成較為合理的焊接路徑，不僅提高了焊接效率，而且焊接質(zhì)量也得到了保障。

總結(jié)

本文引入焊縫離散化技術(shù)，探究ABB機(jī)器人焊接路徑規(guī)劃方法。通過離線編程，對工件坐標(biāo)采取轉(zhuǎn)化處理，創(chuàng)建輔助坐標(biāo)系與機(jī)器人基坐標(biāo)系之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成焊接路徑規(guī)劃矩陣。模擬結(jié)果顯示，本文提出的離線編程路徑規(guī)劃方案，符合焊接技術(shù)應(yīng)用要求，對焊接效率提升有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]張瑞星，李秀娟，高喚.雙焊接機(jī)器人協(xié)同路徑規(guī)劃研究[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2019（6）：81-85.

[2]金嘉琦，曲晟，王靖遠(yuǎn).基于改進(jìn)ACO的機(jī)器人路徑規(guī)劃與仿真研究[J].機(jī)床與液壓， 2019，47（9）：72-75.

[3]王威，許勇，呂葉萍，等.雙機(jī)器人協(xié)調(diào)點焊路徑優(yōu)化算法研究[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2020（6）：88-93.

[4]高飛，馬駿，鄒家生，等.基于C++二次開發(fā)的弧焊機(jī)器人離線編程3D打印制字研究[J]. 江蘇科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，34（3）：18-21.0755BD3A-2DDE-40FB-9894-31C0222E5135