重載FSW機(jī)器人關(guān)節(jié)柔性分析與焊縫布局優(yōu)化方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、本文以江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金項(xiàng)目“高速重載(500kg)工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目為背景，系統(tǒng)地研究機(jī)器人攪拌摩擦焊中的柔性偏差補(bǔ)償和工件布局優(yōu)化等應(yīng)用技術(shù)問題，但因本項(xiàng)目中500kg重載機(jī)器人的設(shè)計(jì)研發(fā)還處于模型設(shè)計(jì)階段，所以本文以150kg大型機(jī)器人為實(shí)例進(jìn)行課題研究。
　　運(yùn)動(dòng)學(xué)求解是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的前提和基礎(chǔ)，本文針對自主研發(fā)的150kg機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特性，采用D-H參數(shù)法建立了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并推導(dǎo)出機(jī)器

2、人運(yùn)動(dòng)學(xué)的逆解，分析了機(jī)器人奇異位姿的判斷依據(jù)及重解選擇方法。本文構(gòu)建了150kg機(jī)器人的Adams仿真虛擬樣機(jī)，將6個(gè)關(guān)節(jié)的位置樣條曲線作為機(jī)器人Adams虛擬樣機(jī)的關(guān)節(jié)位置驅(qū)動(dòng)曲線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，得到的機(jī)器人末端軌跡與規(guī)劃的機(jī)器人末端軌跡重合，從而驗(yàn)證了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解的正確性。
　　重載環(huán)境下機(jī)器人關(guān)節(jié)柔性造成的末端形變是影響機(jī)器人作業(yè)質(zhì)量的重要因素，本文用關(guān)節(jié)剛度量化機(jī)器人的關(guān)節(jié)柔性，分析并估算了機(jī)器人關(guān)節(jié)剛度，建立了機(jī)

3、器人剛度模型并給出了機(jī)器人剛度模型參數(shù)的實(shí)驗(yàn)辨識過程和辨識結(jié)果。本文研究并實(shí)現(xiàn)了基于剛度模型的機(jī)器人末端偏差補(bǔ)償方法，詳細(xì)論述了機(jī)器人末端帶負(fù)載和施加頂鍛力兩種作業(yè)下的軌跡偏差補(bǔ)償策略和實(shí)驗(yàn)分析。文中針對多條運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了偏差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得出負(fù)載和頂鍛作業(yè)下平均偏差補(bǔ)償率分別為71.49％和88.84％。本文在負(fù)載實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的基礎(chǔ)上提出了2次偏差補(bǔ)償方案，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)2次偏差補(bǔ)償將平均偏差補(bǔ)償率提高至97.00％，該方案對進(jìn)行大

4、量重復(fù)性作業(yè)的機(jī)器人的軌跡偏差補(bǔ)償具有良好效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明偏差補(bǔ)償方法雖在不同軌跡的補(bǔ)償上存在補(bǔ)償率不均衡的問題，但仍能有效減小機(jī)器人的末端形變，提高了重載機(jī)器人的作業(yè)質(zhì)量。
　　焊接工件在機(jī)器人工作空間中的合理布局能提高機(jī)器人攪拌摩擦焊作業(yè)性能，本文深入分析機(jī)器人攪拌摩擦焊工藝的影響因素，以末端形變量、關(guān)節(jié)力矩、運(yùn)動(dòng)靈活性為優(yōu)化目標(biāo)，以位姿非奇異、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)連續(xù)以及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍、力矩、機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)范圍不超限為約束條件，建立焊接

5、工件布局的多目標(biāo)優(yōu)化模型。采用遺傳算法搜索最優(yōu)布局工位，完成布局優(yōu)化模型的求解，最后通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了工件布局優(yōu)化模型的有效性。
　　最后以Solidworks為開發(fā)平臺(tái)、以VC++/MFC為開發(fā)語言，在本實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的機(jī)器人離線編程與仿真平臺(tái)ROBOLP的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人攪拌摩擦焊仿真功能軟件的開發(fā)與集成。本文詳細(xì)論述了該軟件的設(shè)計(jì)原理與結(jié)構(gòu)以及接口實(shí)現(xiàn)和集成方法，給出了仿真功能軟件的焊縫信息提取模塊、焊接工藝參數(shù)設(shè)置模塊、工件