弧焊机器人离线编程系统的设计与实现_陈焕明

第42卷增刊 2008年11月上海交通大学学报JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYVol.42Sup. Nov.2008 文章编号:1006-2467(2008)S-0025-03

弧焊机器人离线编程系统的设计与实现

陈焕明, 熊震宇, 刘 频

(南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌330063)

摘 要:采用VisualC++及OpenGL技术开发了MOTOMAN-UP系列弧焊机器人离线编程系

统,介绍了该系统的组成和功能及其设计方法.该系统能对任意马鞍形焊缝规划出焊枪的运动路径

与姿态,且按比例同步显示工件;集成了机器人通信模块和运动学仿真模块,并自动导入工件,不仅

能单步生成作业指令,而且可自动生成作业文件.通过以太网实现弧焊机器人的远程控制,表明该

系统是可行的.

关键词:弧焊机器人;离线编程;运动学仿真;远程控制

中图分类号:TP242 文献标识码:A

DesignandImplementationoftheOf-fline

ProgrammingSystemforArcWeldingRobot

CHENHuan-ming, XIONGZhen-yu, LIUPin

(NationalDefenseKeyDisciplineLaboratoryofLightAlloyProcessingScienceandTechnology,

NanchangHangkongUniversity,Nanchang330063,China)

Abstract:Theoff-lineprogrammingsystemforMOTOMAN-UPseriesrobotswasdevelopedbyusingVis-ualC++andOpenGL.Thecompositionandfunctionofthesystemanditsdesignmethodweredescribed.Itcanplanthemotionpathandpostureofweldinggunforanysaddle-shapeweld,anddisplaythework-pieceontheinterfacesynchronicallyinproportion.Kinematicssimulationmoduleandcommunicationmod-uleareintegratedtogether,andtheworkpieceisimportedautomaticallyintothesimulationmodule.Thejobinstructionscanbemadestepbystep,andthejobfilecanbegeneratedautomatically.RobotremotecontrolwasachievedthroughEthernet.Thetestresultsshowthatthesystemisfeasible.

Keywords:arcweldingrobot;off-lineprogramming;kinematicssimulation;remotecontrol

随着机器人技术的运用与发展,焊接机器人的

离线编程技术已经成为机器人焊接智能化的重要研

究方向之一[1,2].目前,生产线上多数仍采用在线示

教编程,这种编程方法简单方便,但占用了机器人大

量的有效工作时间,尤其是弧焊的编程更为困难,无

法体现机器人的优越性.解决此问题的有效途径之

收稿日期:2008-06-16

基金项目:航空科学基金资助项目(02H56007)一就是采用离线编程技术[3].目前流行的离线编程技术是基于三维图形化的屏幕示教编程[4].随着研究的深入,离线编程技术将向基于知识的面向任务的智能化编程方向发展[5].本文针对MOTO-MANUP系列机器人,在PC机的Windows平台上,利用VC++开发了弧焊机器人离线编程系统.

作者简介:陈焕明(1958-),男,福建龙岩人,教授,主要从事焊接过程自动化与智能化的研究.电话(Tel.):0791-3953318;E-mail:chm8405@http://wendang.chazidian.com.

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上 海 交 通 大 学 学 报

步导入仿真软件ROTSY中.

(3)插补点个数计算.

第42卷

1 系统组成

MOTOMANUP系列弧焊机器人离线编程系统主要包括机器人及其控制器、工作环境建模、运动学计算、轨迹规划及焊接参数规划、运动学仿真、机器人通信、焊接作业文件自动生成等部分,其相互关系如图1所示

.

(4)插补点对应机器人末端位姿.系统读取插补点序号,并调用焊接工件姿态规划函数,求出理想

状态下机器人末端位姿,并显示在界面上.

(5)运动学逆解.系统读取机器人末端位姿并调用运动学逆解模块,将结果显示在界面标签[关节角]及[脉冲值]下面.

(6)单步生成指令.利用生成的6个关节脉冲值编写3条作业指令,并添加到作业文件的相应位置,该程序符合机器人作业程序的语言格式.

(7)自动生成作业.考虑到简单实用,界面上[自动生成作业]按钮可以实现一键生成作业文件,并显示在界面的右上角.

(8)保存作业.将生成的作业文件保存.

(9)离线仿真与机器人通信.2.2 焊缝参数规划模块

图1 离线编程系统的组成

Fig.1 Compositionoftheoff-lineprogrammingsystem

通过焊缝参数规划模块,用户选择焊接工件的

几何形状并输入几何参数.如选择马鞍形工件,弹出的工件参数输入及其动态显示对话框如图3所示,可适用于正交或斜交马鞍形工件,而且相交的两圆柱半径和倾斜角度可以改变.图中,工件的显示、旋转、放大和缩小等功能的实现采用OpenGL技术.

系统根据工件的几何形状及尺寸自动计算出插补点个数,并对插补点编号,再计算每个点对应的机器人末端的位姿.其中,插补点个数要按照路径偏移在精度范围内来选取,对于不规则空间曲线,插补点数量不能太少;否则,插补点拟合曲线与实际曲线存在较大误差.经实践证明,马鞍形工件插补点个数计算公式为:2P/arcsin(2.5/r),可以满足焊接质量及精度要求.其中,r为相交的小圆柱半径

.

2 设计与实现

2.1 离线编程系统功能

图2所示为采用VC++开发的系统用户界面,用户只需点击按钮即可调用相应功能模块,实现按钮标签所表示的功能.整个系统简明清晰、操作方便、交互性强和自动化程度高.系统功能如下: (1)机器人型号选择.如UP6、UP20等.

(2)焊缝几何参数规划.选择被焊工件的焊缝几何形状(如圆形、马鞍形等),并输入几何参数(空间位置、尺寸大小、倾斜角度等),

工件同步显示且同

图3 焊缝几何参数规划

Fig.3 Weldgeometricparameterplanning

2.3 作业文件的自动生成

采用Edit控件在用户界面右上角显示作业文

图2 离线编程系统界面

Fig.2 Interfaceoftheoff-lineprogrammingsystem

件,Edit控件Control型变量为m_CJobEdit.单步i+

增刊

陈焕明,等:弧焊机器人离线编程系统的设计与实现

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循环,编程相对简单,是自动生成作业的一个子程序(见图4),适用于检验机器人末端执行器在每个插补点的位姿;实际应用时,通常点击按钮[自动生成作业]快速生成作业文件

.

值、导轨位置、插补方式及速度(cm/s),如第17个插补点,需要插入代码如下:

C000017=642,836,724,181,-764,-130;BC000017=435;

MOVSC017BC017V=9.2.2.4 仿真与远程通信

本系统将运动学仿真模块ROTSY及通信模块MOTOCOM32集成到一个界面上,用户不需另外启动这2个模块,而只需点击界面上的按钮即可.以马鞍形工件为例,ROTSY仿真界面如图5所示,其中系统自动导入马鞍形工件,且作业文件已保存到仿真软件的默认文件夹下,图5中右侧的对话框显示系统自动生成并导入的作业文件.点击工具栏[运行]按钮,可观察到机器人焊枪沿着焊缝轨迹的运动情况.

图4 作业文件自动生成流程图

Fig.4 Flowchartofthejobfileauto-generation

实现自动生成作业的关键:

(1)运动学逆解.建立机器人的D-H坐标系及其运动学方程,采用变量分离法,求出机器人各关节的角位移.由于各关节的驱动采用脉冲值,因此要将关节角换算为脉冲值(见表1).当逆解为多解时,采用的判定准则是选择最近解,即选择最靠近前一点关节变量值的解,并限定前后插补点的关节角差值小于90b.

表1 关节角与脉冲值的换算

Tab.1 Conversionofjointangleintopulsevalue

关节S轴L轴U轴R轴B轴T轴

关节角H/(b)-180~180-110~155-80~210-190~190-50~230-360~360

脉冲值S-235800~235800-196778~277278-107556~282334-168889~168889-44445~204445-182858~182858

比例系数S/H

13101788.891344.45888.89888.89507.94

[6]

图5 马鞍形焊缝的仿真

Fig.5 Simulationofsaddle-shapeweld

通信模块MOTOCOM32模块由高速作业交换、自动作业更换和主机控制三部分构成,通过以太网,可对PC机中的程序和机器人控制器中的程序

进行各种传输工作.以高速作业交换为例,在这一模块中,可对PC机中的程序复制到机器人控制器XRC中;反之,也可以将机器人控制器XRC中的程序复制到PC机中.此外,保存在PC机中的程序可以随时打开,进行编辑修改.这样就可以把离线编程生成的作业,从计算机传输到机器人控制器的内存中,然后调用主机控制模块进行实际焊接,所有操作均在PC机上完成,操作十分方便.

(2)作业代码的生成.向Edit控件中指定位置添加文本;用m_CJobEdit.SetSel(start,end)设置要插入文本的位置,用m_CJobEdit.ReplaceSel(string)向设置的位置插入字符串string;每循环一次需要在Edit控件不同位置添加3行作业代码,且要求格式符合机器人作业文件(*.jbi)格式,3行作

业代码分别表示该插补点的机器人6个关节的脉冲

3 结 语

采用VC++编程工具开发了MOTOMANUP系列弧焊机器人离线编程系统,该系统解决了运动学逆解的多解优化及仿真软件ROTSY和通信软件MOTOCOM32的集成度低等问题,实现了焊接作

()

增刊

郑德智,等:新型磁致伸缩液位传感器检测原理与实现

表1 正行程测试结果及误差

Tab.1 Testresultsanderrorsofforwardstroke

31

证了系统?2mm的测量精度.参考文献:

绝对误差/m

正行程标定点/%

5102050100

读 数/m实验台0.150.300.601.503.00

液位仪0.1490.3010.6011.5013.000

-0.001+0.001+0.001+0.001

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表2 反行程测试结果及误差

Tab.2 Testresultsanderrorsofreversestroke

正行程标定点/%

1005020105

读 数/m

绝对误差/m

实验台3.001.500.600.300.15

液位仪3.0001.5010.6010.2990.150

0+0.001+0.001-0.001

计数的方式测量激励信号和检测信号的时间差,保

(上接第27页)

业文件的单步生成及自动生成.结合先进的图形工具OpenGL技术实现工件的显示、旋转、缩放等功能,使用户对工件一目了然.另外,还实现焊接作业文件的自动读取及工件模型文件的自动导入功能,使得运动学仿真的自动化程度进一步提高.综上所述,针对MOTOMANUP系列弧焊机器人,设计的离线编程系统具有功能全、集成度高、交互性好等特点,提高了编程效率.通过以太网,可对PC机中的作业程序和机器人控制器中的作业程序进行相互传输,实现弧焊机器人的离线编程及远程控制.参考文献:

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