弧焊机器人与变位机的协调运动分析

　　弧焊机器人与变位机的协调运动分析 　　现代工业生产中，弧焊机器人与变位机系统扮演了越来越重要的角色。目前，由焊接机器人和变位机组成的焊接工作站主要有两类：一类是非同步、工作站，另一类是同步工作站。对于非同步工作站，借助分度机可以将待焊工件转到几个特定的位置，然后由机器人分别对每一个特定位置的焊缝进行焊接。此类工作站中机器人和变位机之间的运动关系比较简单，机器人的示教和离线编程相对来说比较容易。对于一些复杂焊缝，要求机器人和变位机在焊接过程中协调运动。此时，机器人和变位机的各自由度之间存在着很强的耦合关系。 　　1.1 弧焊机器人与变位机协调运动的意义 　　在比较规则的焊缝焊接过程中，弧焊机器人与变位机之间的运动相对比较简单。但是对于复杂曲线焊缝来说，往往待焊焊缝只有某一时刻的很短一段在比较理想的焊接位置。一般来说，熔化焊过程中使焊缝各个焊点的熔池始终处于水平或者稍微下坡状态是比较理想的位姿，这样得到的焊缝外观比较平滑、美观，焊缝质量相当好。为此，要实现比较理想的焊接姿态，就必须要求不断地将待焊点顺序地移动到各自的理想位置。在此过程中，机器人与变位机之间要有很精确的协调运动。 　　1.2 弧焊机器人与变位机的耦合与解耦 　　弧焊机器人与变位机的协调运动主要是指弧焊机器人与变位机之间运动的耦合与解耦。 　　如图1，设复杂焊缝MN在t时刻处于P位置，此时焊点M处于理想状态：经过At时间，焊缝运动到p’位置，焊点Ⅳ在Ⅳ，点处于理想状态。在这段时间内焊点M的轨迹为弧MM’，焊点Ⅳ的轨迹为弧NN’。焊枪要完成焊缝的焊接，既不可能仅仅沿焊缝MN运动，也不可能单纯沿MM’运动，它在空间的轨迹只能是两种运动的合成即空问曲线弧MN7。这样，通过运动合成明确了焊枪在空间的轨迹。还存在一个问题：焊枪在从M到N的过程中还有姿态约束，这一方面是为了保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求。另一方面也是为了避免焊枪和工件的碰撞。 　　 　　图1 机器人与变位机的藕合关系 来源：中国电力电子产业网