本文探討研究了在SolidWorks下的弧焊機(jī)器人虛擬示教系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容。
1機(jī)器人示教編程方法的發(fā)展
機(jī)器人示教編程方式有兩種:在線示教、離線示教。在線示教即手把手示教，簡(jiǎn)單方便，適用于大批量生產(chǎn)，所完成的任務(wù)簡(jiǎn)單單一，但是隨著機(jī)器人適用任務(wù)的擴(kuò)展和所完成任務(wù)的復(fù)雜程度的提高，在中小批量的生產(chǎn)中，用在線示教編程很難實(shí)現(xiàn)}z7。離線示教即脫離實(shí)際作業(yè)環(huán)境生成示教數(shù)據(jù)，間接地對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，對(duì)操作人員要求較高，使用也不太方便，尤其是在對(duì)機(jī)器人作業(yè)任務(wù)的描述上不能簡(jiǎn)單直接。虛擬示教編程充分利用上述兩種示教方法的優(yōu)點(diǎn)，借助于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)交互裝置操作計(jì)算機(jī)屏幕上的虛擬機(jī)器人動(dòng)作，經(jīng)仿真通過(guò)后，記錄示教點(diǎn)位姿、動(dòng)作指令，將生成作業(yè)文件下載到機(jī)器人控制器，完成機(jī)器人的示教。
2弧焊機(jī)器人虛擬示教系統(tǒng)設(shè)計(jì)
該弧焊機(jī)器人示教系統(tǒng)主要分為四大部分，即實(shí)體建模、模型位姿調(diào)整、控制參數(shù)輸人輸出焊接機(jī)器人仿真示教等。
2.1弧焊機(jī)器人實(shí)體建模
首先根據(jù)實(shí)際幾何參數(shù)，利用SolidWorks的實(shí)體造型功能構(gòu)建出弧焊機(jī)器人各零件、待焊工件和工作空間的三維模型，如圖1、圖2所示。
2.2控制部分程序設(shè)計(jì)
2.2.1 Weld控制界面DLL程序設(shè)計(jì)
本文應(yīng)用Visual C++開發(fā)虛擬示教系統(tǒng)，使用Visual C++編譯出來(lái)的DLL (Dynamic Link Library)作為SolidWorks的插件將程序集成到SolidWorks中。Visual C++的工程向?qū)wizard.swx給出了Solid Works的基本開發(fā)模板，使用前須先將Swizard.swx復(fù)制Visual C++安裝目錄CommonlMSDev98Template文件夾下。
用向?qū)?chuàng)建一個(gè)名稱為"Weld"的新DLL,插人對(duì)話框資源文件，使用編輯工具條在對(duì)話框上添加文本框、編輯框等控件，在對(duì)話框上點(diǎn)擊右鍵選擇類向?qū)?，為?duì)話框創(chuàng)建一個(gè)新的類，然后為對(duì)話框的各個(gè)控件添加成員變量和成員函數(shù)并進(jìn)行編輯，Weld控制界面如圖3所示(程序代碼從略)。
2.2.2對(duì)話框與SolidWorks的鏈接
用AddMenultem函數(shù)為當(dāng)前下拉菜單添加菜單項(xiàng)或分割條
2.3逮擬環(huán)境下弧焊機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃
2.3.1弧焊機(jī)器人路徑規(guī)劃
焊接機(jī)器人路徑規(guī)劃即對(duì)于某一指定焊縫規(guī)劃出無(wú)碰撞的焊接機(jī)器人焊槍運(yùn)動(dòng)路徑，對(duì)于弧焊機(jī)器人而言，即無(wú)碰路徑規(guī)劃。主要包括焊槍位置和焊槍姿態(tài)兩個(gè)方面。在弧焊過(guò)程中，焊縫是焊槍位置的約束條件，避免碰撞是焊槍姿態(tài)最優(yōu)化的約束條件，由此可以得出焊槍姿態(tài)最優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型:
2.3.2弧焊機(jī)器人軌跡規(guī)劃
焊接機(jī)器人軌跡規(guī)劃即焊接路徑轉(zhuǎn)換成焊接機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的空間坐標(biāo)，形成運(yùn)動(dòng)軌跡。其主要目標(biāo)是使機(jī)器人避開關(guān)節(jié)極限和機(jī)器人退化區(qū)等運(yùn)動(dòng)限制，并保持機(jī)器人的靈活性與平穩(wěn)性。本文中焊接機(jī)器人與變位機(jī)配合使用，將焊接機(jī)器人與變位機(jī)作為一個(gè)整體，認(rèn)為是一個(gè)冗余度機(jī)器人系統(tǒng)，將軌跡規(guī)劃問(wèn)題表示為多性能指標(biāo)融合控制問(wèn)題，包括焊槍姿態(tài)函數(shù)、避免奇異空間函數(shù)、焊槍運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)函數(shù)和避免關(guān)節(jié)超限函數(shù)。其多性能指標(biāo)融合軌跡規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型:
焊接機(jī)器人路徑規(guī)劃根據(jù)焊接參數(shù)提出的工藝要求.規(guī)劃出無(wú)碰的焊槍位置和姿態(tài)。焊接機(jī)器人的軌跡規(guī)劃針對(duì)具體的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)限制.實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃提出的焊槍位姿要求。
2.4弧焊機(jī)器人仿真示教
SolidWorks的Animator插件可以設(shè)定運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)零部件的關(guān)鍵點(diǎn)。所謂"關(guān)鍵點(diǎn)"( Key Frame )，就是零部件的某個(gè)特定狀態(tài);當(dāng)零部件的空間位置隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，"關(guān)鍵點(diǎn)"就是零部件運(yùn)動(dòng)前后的兩個(gè)狀態(tài)。
仿真示教時(shí)，首先粗定弧焊機(jī)器人的關(guān)鍵點(diǎn)，在Animator下設(shè)定的起始位置和終止位置后。如圖4(a),(b)，拖動(dòng)時(shí)間滑桿設(shè)置運(yùn)動(dòng)時(shí)間，各零部件的運(yùn)動(dòng)類型(驅(qū)動(dòng)和從動(dòng))由系統(tǒng)根據(jù)幾何約束自動(dòng)設(shè)定;然后在Weld控制界面下，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)弧焊機(jī)器人的位姿參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖4(c)，使?jié)M足工藝條件;再進(jìn)行模擬仿真，調(diào)整參數(shù)，排除運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的奇異點(diǎn)和碰撞干涉點(diǎn)，如圖4(d)。整個(gè)過(guò)程是仿真示教、參數(shù)調(diào)節(jié)一再示教得到最優(yōu)結(jié)果。
在SolidWorks環(huán)境下，可以將焊接機(jī)器人各個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線輸出，以旋轉(zhuǎn)臺(tái)為例，圖5(a),(b)為旋轉(zhuǎn)臺(tái)在示教過(guò)程中的角度與速度變化曲線。
3結(jié)論
初步建立了弧焊機(jī)器人虛擬示教系統(tǒng)的SolidWorks三維實(shí)體建模、模型位姿調(diào)正、控制參數(shù)輸人輸出、焊接機(jī)器人仿真示教等四個(gè)模塊。給用戶提供具有良好臨場(chǎng)感的三維虛擬環(huán)境和友好的人機(jī)交互界面.有助于提高弧焊機(jī)器人的工作效率和自動(dòng)化程度。