本文探討研究了在SolidWorks下的弧焊機器人虛擬示教系統(tǒng)相關內(nèi)容。
1機器人示教編程方法的發(fā)展
機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，簡單方便，適用于大批量生產(chǎn)，所完成的任務簡單單一，但是隨著機器人適用任務的擴展和所完成任務的復雜程度的提高，在中小批量的生產(chǎn)中，用在線示教編程很難實現(xiàn)}z7。離線示教即脫離實際作業(yè)環(huán)境生成示教數(shù)據(jù)，間接地對機器人進行示教，對操作人員要求較高，使用也不太方便，尤其是在對機器人作業(yè)任務的描述上不能簡單直接。虛擬示教編程充分利用上述兩種示教方法的優(yōu)點，借助于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互裝置操作計算機屏幕上的虛擬機器人動作，經(jīng)仿真通過后，記錄示教點位姿、動作指令，將生成作業(yè)文件下載到機器人控制器，完成機器人的示教。
2弧焊機器人虛擬示教系統(tǒng)設計
該弧焊機器人示教系統(tǒng)主要分為四大部分，即實體建模、模型位姿調(diào)整、控制參數(shù)輸人輸出焊接機器人仿真示教等。
2.1弧焊機器人實體建模
首先根據(jù)實際幾何參數(shù)，利用SolidWorks的實體造型功能構(gòu)建出弧焊機器人各零件、待焊工件和工作空間的三維模型，如圖1、圖2所示。
2.2控制部分程序設計
2.2.1 Weld控制界面DLL程序設計
本文應用Visual C++開發(fā)虛擬示教系統(tǒng)，使用Visual C++編譯出來的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復制Visual C++安裝目錄CommonlMSDev98Template文件夾下。
用向?qū)?chuàng)建一個名稱為"Weld"的新DLL,插人對話框資源文件，使用編輯工具條在對話框上添加文本框、編輯框等控件，在對話框上點擊右鍵選擇類向?qū)В瑸閷υ捒騽?chuàng)建一個新的類，然后為對話框的各個控件添加成員變量和成員函數(shù)并進行編輯，Weld控制界面如圖3所示(程序代碼從略)。
2.2.2對話框與SolidWorks的鏈接
用AddMenultem函數(shù)為當前下拉菜單添加菜單項或分割條
2.3逮擬環(huán)境下弧焊機器人的運動學規(guī)劃
2.3.1弧焊機器人路徑規(guī)劃
焊接機器人路徑規(guī)劃即對于某一指定焊縫規(guī)劃出無碰撞的焊接機器人焊槍運動路徑，對于弧焊機器人而言，即無碰路徑規(guī)劃。主要包括焊槍位置和焊槍姿態(tài)兩個方面。在弧焊過程中，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)化問題的數(shù)學模型:
2.3.2弧焊機器人軌跡規(guī)劃
焊接機器人軌跡規(guī)劃即焊接路徑轉(zhuǎn)換成焊接機器人各個關節(jié)的空間坐標，形成運動軌跡。其主要目標是使機器人避開關節(jié)極限和機器人退化區(qū)等運動限制，并保持機器人的靈活性與平穩(wěn)性。本文中焊接機器人與變位機配合使用，將焊接機器人與變位機作為一個整體，認為是一個冗余度機器人系統(tǒng)，將軌跡規(guī)劃問題表示為多性能指標融合控制問題，包括焊槍姿態(tài)函數(shù)、避免奇異空間函數(shù)、焊槍運動平穩(wěn)函數(shù)和避免關節(jié)超限函數(shù)。其多性能指標融合軌跡規(guī)劃的數(shù)學模型:
焊接機器人路徑規(guī)劃根據(jù)焊接參數(shù)提出的工藝要求.規(guī)劃出無碰的焊槍位置和姿態(tài)。焊接機器人的軌跡規(guī)劃針對具體的機器人運動限制.實現(xiàn)路徑規(guī)劃提出的焊槍位姿要求。
2.4弧焊機器人仿真示教
SolidWorks的Animator插件可以設定運動機構(gòu)零部件的關鍵點。所謂"關鍵點"( Key Frame )，就是零部件的某個特定狀態(tài);當零部件的空間位置隨時間發(fā)生變化時，"關鍵點"就是零部件運動前后的兩個狀態(tài)。
仿真示教時，首先粗定弧焊機器人的關鍵點，在Animator下設定的起始位置和終止位置后。如圖4(a),(b)，拖動時間滑桿設置運動時間，各零部件的運動類型(驅(qū)動和從動)由系統(tǒng)根據(jù)幾何約束自動設定;然后在Weld控制界面下，根據(jù)實際情況，對弧焊機器人的位姿參數(shù)進行調(diào)節(jié)，如圖4(c)，使?jié)M足工藝條件;再進行模擬仿真，調(diào)整參數(shù)，排除運動過程中的奇異點和碰撞干涉點，如圖4(d)。整個過程是仿真示教、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，可以將焊接機器人各個構(gòu)件的運動參數(shù)曲線輸出，以旋轉(zhuǎn)臺為例，圖5(a),(b)為旋轉(zhuǎn)臺在示教過程中的角度與速度變化曲線。
3結(jié)論
初步建立了弧焊機器人虛擬示教系統(tǒng)的SolidWorks三維實體建模、模型位姿調(diào)正、控制參數(shù)輸人輸出、焊接機器人仿真示教等四個模塊。給用戶提供具有良好臨場感的三維虛擬環(huán)境和友好的人機交互界面.有助于提高弧焊機器人的工作效率和自動化程度。