时间:2022-07-01 06:53:40
摘要:机器人离线编程焊接成为焊接自动化技术现代化的主要标志。基f’robotstudio焊接机器人工作站,通过导入s0lidworks软件创建
的焊件三维装配体.可实现三维装配体复杂空间曲线焊缝程序的自动创建,并对程序进行解析、测试和模拟。该离线编程系统以及生
成的焊缝程序可加载至车闭的生产机器人真实控制器内。提高焊接质量和降低生产成本。
关键词:焊接;机器人;离线编程;robotstudio
中图分类号: tg444.73 文献标识码: b
焊接机器人在现代生产中已得到广泛应用.而我国目前应
用的焊接机器人主要依靠在线示教的工作方式。进行在线示教
编程时必须停止生产作业.而且在没有视觉传感器跟踪的情况
下.机器人运动轨迹的精度主要依赖于操作者的耐心、细致程
度及其目测精度。随着焊接机器人在中小批量生产企业中应用
的不断扩大,以及焊接作业的复杂程度不断增加,传统的示教
编程方式已经很难适应现代焊接生产发展的要求。解决问题的
有效途径之一,就是采用离线编程技术,把操作者从在线示教
编程中解放出来.并充分发挥焊接机器人的使用效率,进一步
提高生产过程的自动化,降低生产成本,提高焊接精度。
在锅炉、化工容器、自行车车架、大型储油罐等生产制造
中,以多个支管和主管形成的接头焊缝均为复杂的空间曲
线— — 马鞍形焊缝。而马鞍形焊缝采用人工焊接劳动强度大、
生产效率和焊接质量低.因此采用高自动化和柔性化的弧焊机
器人进行焊接非常必要。采用在线示教机器人进行焊接,即使
熟练的示教人员要示教好一条马鞍形焊缝也往往也需花费半个
工作et。而锅炉、化工容器等焊接件的主管和支管直径种类繁
多,需要示教的马鞍形焊缝多达上百个,生产效率明显降低。
因此,在这些复杂马鞍形焊缝零部件的焊接中,更加迫切需要
采用离线编程技术,提高企业生产的自动化和柔性化 ]。
笔者通过利用solidworks进行三维建模, 结合abb
robotstudio v5.07的离线编程和机器人仿真功能。探讨对这种
复杂马鞍形焊缝零部件的机器人焊接离线编程技术,并对程序
进行测试、解析和模拟。
1 创建焊接路径程序流程
离线编程流程方框图如图1所示。
收稿日期:20__—04—02:修回日期:20__—07—25
创建机器人系统h 创建目标和路径添加控制h 检查目标方位
检查伸展极度h 将程序与虚拟控制器同步h 测试程序
圈1 离线编程流程方框图
2 创建焊接路径和路径程序分析
abb robotstudio v5.07是abb公司最新发行的机器人模拟
与离线编程工业工具。它以abb virtualcontroller为基础,与机
器人在实际生产中运行的软件完全一致。因此,借助abb模拟
与离线编程软件robotstudio,可在家或办公室完成机器人编
程,再将程序加载至车间的真实irc5控制器内,从而提高整
体生产效率和焊接质量。
2.1 创建焊接路径
依据图1的离线编程流程方框图.打开已创建的6关节机器
人焊接工作站,如图2所示。
0 ≮ 淤 00 —一— ——~ ⋯ 一——耋糍 0 《
图2 机器人焊接工作站
从图2中可见,焊接工件的焊缝为管与管形成的复杂马鞍
形空间曲线,该空间曲线是化工容器、大型储油罐、锅炉等机
械构件的典型焊接作业路径。由于robotstudio软件的三维造型
功能弱, 因此在solidworks软件中创建焊件的三维装配体cad
图形, 再利用robotstudio的cad 图形转换功能转换成
44 ·焊接设备与材料· 焊接技术 第36卷第5期20__年1o月
robotstudio的后缀名为.sat的格式文件。将被焊工件装配几何
体导入已创建的robotstudio焊接机器人工作站中,以便为
robotstudio在创建焊接作业路径曲线时提供基于精确cad的管
与管马鞍形三维空间曲线。
图3为robotstudio选择基于焊件cad模型物体间边界的管
与管三维马鞍形焊接作业路径。图3中左边黄色警告符号 和
圈表示该robotstudio机器人不具备有效轴配置的目标点,因此
机器人不能到达三维马鞍形焊缝。右键单击路径并选择自动配
置.机器人依次到达路径内的每个目标并添加控制以便设置配
置。随后通过检查目标方位,调整焊枪tcp的姿态,以便机器
人的焊枪tcp点到达整个空间焊缝和电弧产生的热量沿焊缝均
匀分布.保证焊缝的力学性能。最后检查工作站的伸展极度,
使机器人能够到达所创建的整个焊接路径,图3中的黄色警告
符号消除变成④和园,完成机器人可达的焊接路径,见图4的
左边。
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图3 无轴配置的无效目标点和路径
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l。” l t⋯ t 8。
图4 轴配置的可达目标点和路径
在图4中依次用鼠标右击目标点,可查看机器人可达作业
目标点相对于控制器的坐标数据,3个焊枪tcp的 ,y,:相对
坐标、3个焊枪tcp的横滚、俯仰、偏转姿态角度。
2.2 机器人路径程序的自动生成与解析
robotstudio软件的机器人运动轨迹是采用逐点编程方式.
主程序结构为:
module mainmodule//主程序模块
proc main 0 //主程序
<smt>
path_ 10; //作业路径
endproc //结束主程序
endm0dule ,/结束主程序模块
图3中自动创建的路径, 由于没有动作指令,不能模拟真
实的焊接作业,因此必须添/m2条动作指令:第1条为启动机器
人的内置原点到焊接作业的编程原点的动作指令,位于路径程
序的始端:第2条为焊接路径结束目标点到编程原点的动作指
令,位于路径程序的末端。添加动作指令之前必须在图4中设
置编号为130的编程原点,机器人编程原点位置一般选在2个工
位之间以及离工件稍远的地方。动作指令位于路径开头和在另
一路径后, 因此将以下编号为130的编程原点动作指令插入程
序的开头和结束位置。
导出添加编号130的编程原点后.可达的机器人语言程序
的解析如下:
% %%
vers10n:1
language:english
% %%
m0dule module1
constrobtargettarget_ 1 30: = [[650, -100, 400],
_m30526192220__1,5.27143236184999e-17j口9914448613738l1,
5.27143236184997e一17], f一1, o, 一1, o], [9e9,
9e9,9e9,9e9,9e9,9e9]];//编程原点130在工作站中的
位姿表示
perstooldataaw_ gun:= [true, [[119.5,0, 352],
『0.890213945465332,0,0.455542677802034,0]], [1,
[0,0,100], [1,0,0,0],0,0,0]];//焊枪位姿表示
constrobtargettarget_ 1(k=[[591585l35748463, --60.672
8563980876,279.266555638475], [o.158945970512255,一
ql23364488083367,.095547294l879245,021584447844331 8],
[0,一1,0,0], [9e9,9e9,9e9,9e9,9e9, 9e9]];//
作业目标点10位姿表示
c
constrobtargettarget_ 120:=【[591.585135748463,
瑚.害砒砒 吼吼札 .妻吼吼
■一 ¨ 皇盂l苫 王窨 j昌王窨 j蠡
h酪融 躲黪艇躲懋黪酗躲魁
welding technology vo1.36 no.5 oct.20__ ·焊接设备与材料· 45
— 60.6728563980875,279.266555638475】, 【0.00132587439576
09. 一0.158145079051738, 一0.971892480498043, 0.17439433
0126202】, 【0, 一1, 0, 0】, 【9e9, 9e9, 9e9, 9e9,
9e9,9e91】;
proc path一 10 0
movej target_130,vl0,z0,aw_gun\wobj:=wobj0;
movel target_ 10,vl000,zlo0,aw— gun\wobj:=wobj0;
movel target_ 120,vl0,z0,aw— gun\wobj:=wobj0;
movej target_130,vlo00,zlo0,aw_ gun\wobj:=wobj0;
endproc
endm0dule
,/符号表示对于基于位姿表示各机器人焊枪末端点tcp的
机器人程序的解读分析。
movejtarget_130,vl0,z0,aw_gun\wobj:=wobj0语句表示动
作指令,当运行完整的焊接程序时,机器人运行到在编程原点
130处, 控制器启动焊接参数(包括焊接电流、电弧电压、焊
接速度、提前送气时间等)。
moveltarget_ 20,vl0,z0,aw_ gun\wobj:=wobj0语句表示基
于焊接构件装配体空间曲线自动创建的移动指令.movel移动
指令用于指定机器人移动至目标的速度和准确性的语句,l表
示该点与前一点之间是连成一条直线.采用直线插补方法控制
机器人的运动,属连续路径控制。v10表示焊枪工具中心点
tcp、工具重新定位和外轴的速度为10 mm/s。焊枪移到该语
句时,被焊接装配体起焊,焊丝的端头对准接缝,以图4中调
好的焊枪姿态进行焊接作业。
3 模拟作业路径
鼠标右点击图4中的虚拟控制器,选择与虚拟控制器同步
并进行设置,选择模拟添加图4仓u建的路径。再启动模拟监控命
令,可在模拟期间通过画一条跟踪tcp的蓝色彩线而目测机器
人的关键运动。点击播放,完成焊接路径仿真,如图5所示。
图5 焊接路径模拟仿真
图5中路径开始点为机器人的内置原点,机器人以1 000
mm/s的速度快速运行到编程原点130后,焊枪工具中心点tcp
再以10 mm/s完成目标点130到10到20⋯ 到120到130.最后快
速返回到机器人的内置原点。
焊接路径模拟仿真的同时启动过程计时器.可测量机器
人运行模拟或沿路径移动所需时间为480 8。焊接路径模拟
仿真。
4 模拟程序部署与发行
robotstudio编制的焊缝路径rapid 程序和模块存储在
robotware系统内。可将以上的程序保存至pc上的文件内,
加载至车间的真实irc5控制器内。极大地提高了焊接生产率
和质量。
5 结论
(1)将三维solidworks软件创建的管与管形成的复杂马鞍
形空间曲线焊件装配体导入到机器人离线编程软件robotstudio
中, robotstudio提取装配体的三维空间曲线. 自动生成复杂
空间曲线焊缝的路径。
(2)分析了abb机器人程序的语言格式,进行了离线仿真
试验。
(3)将创建的焊缝路径程序通过虚拟控制器,装载到车间
生产机器人实施焊接作业。实现了焊接自动化的cad/cam生
产,保证了焊接生产过程的高效率和高质量。
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