ABB弧焊机器人系统焊接路径规划模拟研究

周龙桂 陆云

摘 要：为了改善ABB弧焊机器人焊接质量，本文以焊接路径规划作为切入点，建立在工件焊接基础上，构建路径规划模型。该模型的信息来自手动示教方式应用，根据起始点和终点创建向量，并计算焊缝离散点坐标，采取投影、坐标转化等一系列处理，结合离散编程，形成路径规划模型。模拟结果表明，该算法能够实现角焊接路径的高效高精准规划。

关键词：路径规划;离散化;机器人

经济迅速发展时代背景下，自动化制造产业逐渐向工业机器人作业方向转变，并且在多个工厂推行，成为现阶段工业发展不可缺少的工具之一[1]。焊接路径规划作为机器人技术的核心，在很大程度上决定了作业质量，如何准确规划焊接路径成为了当前重点研究内容[2]。目前，国内已经提出了一些路径规划策略，但是大部分未能通过验证。为了加深对此方面内容的探究，本文选择比较常见的直线焊缝作为研究对象，探究其轨迹规划策略。

一、ABB弧焊机器人焊缝离散化处理

按照手动示教方式，获取与焊缝相关信息。信息中，起始位置记为 ，终止位置记为 。假设机器人作业焊接速度为V0，在对焊缝曲线采取离散化处理时，产生的插补周期记为T。

从焊缝的起始端开始计算，沿着焊缝处理方向，连接起点和终点，形成有向向量，记为 ，该向量的计算公式如下：

三、焊接路径规划模拟实验

1、确定焊缝点位置

本次模拟试验中，选取角焊接工艺作为机器人焊接方式[3]。其中，焊接对象为两块平面钢板组成的工件。其中，工件焊接起点坐标为 ，工件焊接终点为 。设定插补周期T=5s，机器人的焊接作业速度 。

第一步：对机器人焊缝采取离散化处理，生成焊缝点坐标。其中。

第二步：将焊缝点坐标组成空间直线，根据直线关系，构建离散点辅助坐标系[4]。

第三步：将示教三点带入辅助坐标系中，采用三点标定方法，得到关系矩阵，即机器人与工件之间的关系，得到如下矩阵：

以机器人基坐标系为参照，根据公式（7）计算各个焊缝离散点，生成位姿矩阵。

2、模拟效果分析

本次模拟实验选取Robotstudio作为模拟工具，对ABB机器人的焊接作业进行模拟，主要包括机器人的六个关节。以下為模拟步骤：

第一步：将角焊接缝模型导入其中，在软件中创建角焊缝模型，实施格式为.stl，而后将此模型导入工作站中。

第二步：在工作站中调用焊接辅助模型，开启软件数据库后查询即可获取，对ABB机器人下达焊接操作命令。

第三步：设置角焊接路径，借助可视化系统，控制机器人焊接路径。

按照上述操作的同时，计算各个离散点的位姿，并将计算结果输入Bobotstudio当中，形成路径规划方案。为了提高机器人焊接精准度，对焊枪的姿态进行调整，校正后开始焊接。如图2所示为焊缝离散化处理及编程检验现场。

焊接实验结果表明，本焊接路径规划模型能够准确找到焊缝位置，形成较为合理的焊接路径，不仅提高了焊接效率，而且焊接质量也得到了保障。

总结

本文引入焊缝离散化技术，探究ABB机器人焊接路径规划方法。通过离线编程，对工件坐标采取转化处理，创建辅助坐标系与机器人基坐标系之间的关联关系，形成焊接路径规划矩阵。模拟结果显示，本文提出的离线编程路径规划方案，符合焊接技术应用要求，对焊接效率提升有所帮助。

参考文献

[1]张瑞星，李秀娟，高唤.双焊接机器人协同路径规划研究[J].组合机床与自动化加工技术，2019（6）：81-85.

[2]金嘉琦，曲晟，王靖远.基于改进ACO的机器人路径规划与仿真研究[J].机床与液压， 2019，47（9）：72-75.

[3]王威，许勇，吕叶萍，等.双机器人协调点焊路径优化算法研究[J].组合机床与自动化加工技术，2020（6）：88-93.

[4]高飞，马骏，邹家生，等.基于C++二次开发的弧焊机器人离线编程3D打印制字研究[J]. 江苏科技大学学报（自然科学版），2020，34（3）：18-21.0755BD3A-2DDE-40FB-9894-31C0222E5135