一种焊接机器人综合仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种焊接机器人综合仿真方法，涉及机械制造技术领域。本发明专利技术的一种焊接机器人综合仿真方法，包括采用SolidWorks进行建模并导入ADAMS中，对机器人做运动学仿真分析，再采用D

【技术实现步骤摘要】
一种焊接机器人综合仿真方法


[0001]本专利技术涉及机械制造
，更具体地说是一种焊接机器人综合仿真方法。

技术介绍

[0002]大型航空航天飞行器一般具有尺寸大、刚性弱、结构形式日益复杂等特点。在大型铝合金航天器结构中，存在大量复杂形式的焊缝，如球形、圆柱形、圆台壳体与圆形、异形法兰形成的相贯线等。航天器制造具有高质量、高可靠、高柔性、高效率及低成本等要求，因此制造模式升级迫在眉睫。
[0003]随着机械制造行业焊接任务的加剧，焊接作业本来就存在劳动条件差，热辐射较大，是一个危险的职业，机械制造中也有很多大型设备，这也加大了焊接的难度，焊接机器人是从事焊接工作的自动机械设备，可以针对焊缝实现精准焊接，下放刚刚好的焊材进行填充，效率远远超过人工效率。Yuanfan Zeng(Zeng Y，Tian W，Liao W.Positional error similarity analysis for error compensation of industrial robots[J].Robotic and computer
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integrated manufacturing 2016(42)：113
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120.)等人对工业机器人误差补偿的位置误差相似性进行了研究。Guanbin Gao(Zhao D，Dong C，Guo H，et al.Kinematic Calibration Based on the Multicollinearity Diagnosis of a 6
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DOF Polishing Hybrid Robot Using a Laser Tracker[J].Mathetical problems in engineering)等对一种六自由度工业机器人的结构参数作了分析。机器人技术将成为社会生存和工业发展重要一部分，因此机器人比较具有研究前景。但是机器人制造周期长，成本高，而且设计过程计算困难，因而焊接机器人在制造之前进行三维建模和仿真分析是极其有必要的，目前也有很多学者对此做了大量的工作，但基于仿真的研究不多。

技术实现思路

[0004]1.专利技术要解决的技术问题
[0005]针对现有技术中焊接机器人设计制造成本高、周期长等问题，本专利技术提出一种焊接机器人综合仿真方法，采用SolidWorks进行建模并导入ADAMS中对机器人做运动学仿真分析，再采用D
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H参数法建立各关节和末端之间的关系，通过三维建模软件SolidWorks和动力学仿真软件ADAMS进行机器人的建模和仿真，得到各个关节角度随时间的变化曲线，为以后的各关节轴的电机控制提供帮助，同时也为末端的轨迹规划提供重要参数。
[0006]2.技术方案
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0008]一种焊接机器人综合仿真方法，采用D
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H参数法建立各关节和末端之间的关系，通过三维建模软件SolidWorks和动力学仿真软件ADAMS进行机器人的建模与仿真，具体包括如下步骤：
[0009]步骤一、利用建模软件SolidWorks建立焊接机器人的模型；
[0010]步骤二、定义焊接机器人的材质；
[0011]步骤三、建立焊接机器人的D
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H参数并推导机器人的正运动学；
[0012]步骤四、简化步骤一中建立的模型，再导入到动力学仿真软件ADAMS中，利用ADAMS内部提供的点驱动进行驱动，设定焊接机器人的基座与地面之间为固定副，焊接机器人的其余关节类型为平移副和旋转副，并添加驱动函数。
[0013]进一步的技术方案，所述焊接机器人包括与地面基准固定连接的基座，所述基座上通过第一关节活动安装有第一连杆，所述第一连杆的外端通过第二关节活动安装有第二连杆，所述第二连杆的外端通过第三关节活动安装有第三连杆，所述第三连杆内部通过第四关节同轴安装有第四连杆，所述第四连杆的外端通过第五关节外接有第五连杆，所述第五连杆的外端通过第六关节活动安装有第六连杆。
[0014]进一步的技术方案，步骤二中，由于前三关节可将末端工具送到不同的空间位置，因而对材料的要求相对较高，铸铁具备较高的机械强度和韧性，有较高的机械强度和韧性，还具有耐热、耐腐蚀、耐磨等特殊性能，因此定义焊接机器人的第一关节、第二关节和第三关节的材质为铸铁。而后三关节主要为了解决工具姿态的不同要求，为了不影响整体的稳定性，选择铝材料；因为铝材料质轻且柔软强度好、耐蚀性能好，因此定义焊接机器人的第四关节、第五关节和第六关节的材质为铝合金，以保证模拟的焊接机器人与实体接近，从而反映焊接机器人真实的特性。
[0015]进一步的技术方案，步骤四中，简化方式是删除对仿真没有影响的结构特征，如螺丝等；并需要不考虑摩擦力、耦合约束等效传动关系，然后将模型的格式另存为*.x_t格式，再导入到ADAMS中，由于在SolidWorks中建立的焊接机器人装配体模型过于复杂，零件过于繁多，为了在ADAMS中进行精准的仿真，则需要对模型进行简化，适当的删除对仿真没有影响的结构特征。
[0016]进一步的技术方案，所述基座与地面之间为固定副；所述第一关节、第四关节和第五关节为旋转副；所述第二关节、第三关节和第六关节为平移副。
[0017]进一步的技术方案，步骤三中，假设焊接机器人的机械臂的自由度为n，所述机械臂由n个连杆和n
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1个关节连接而成。为了描述每个连杆和相邻连杆之间的相对位置关系，需要在每个连杆上定义一个固连坐标系。根据固连坐标系所在的编号对固连坐标系进行命名，因此，固连在连杆i上的固连坐标系称为坐标系{i}，一般定义坐标系{0}固定在基座上，再建立机械臂的D
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H坐标系，具体步骤如下：
[0018]S1、找出关节轴i与i+1之间的公垂线ai，以关节轴i和i+1的交点或关节轴与公垂线的交点作为连杆坐标系{i}的原点；
[0019]S2、中间位置连杆坐标系的定义：坐标系{i}的Z轴称为Zi，并与关节轴i重合，原点位于公垂线ai与关节轴i的交点处，Xi沿ai方向由关节i指向关节i+1
[0020]S3、首端连杆坐标系的定义：固连在基座上的坐标系为坐标系{0}，通常指定Z0沿关节轴1的方向，按右手定则建立右手正交坐标系(X0，Y0，Z0)，其中，X0轴和Y0轴与Z0轴垂直，方向任选；
[0021]S4、末端连杆坐标系的定义：Zn轴与连杆n
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1坐标系的Zn 1轴平行，指向机器人本体外方向；Xn轴与Zn 1轴及Zn轴同时垂直；Yn轴由右手定则确定，由此完成机械臂的D
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H坐标系的建立。
[0022]进一步的技术方案，根据连杆坐标系建立坐标系{i}相对于{i
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1}的变换，即
[0023][0024]其中c表示余弦三角函数，s表示正弦三角函数，将各个连杆变换矩阵连乘即得到机械臂的正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焊接机器人综合仿真方法，其特征在于：采用D
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H参数法建立各关节和末端之间的关系，通过三维建模软件SolidWorks和动力学仿真软件ADAMS进行机器人的建模与仿真，具体包括如下步骤：步骤一、利用建模软件SolidWorks建立焊接机器人的模型；步骤二、定义焊接机器人的材质；步骤三、建立焊接机器人的D
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H参数并推导机器人的正运动学；步骤四、简化步骤一中建立的模型，再导入到动力学仿真软件ADAMS中，利用ADAMS内部提供的点驱动进行驱动，设定焊接机器人的基座(1)与地面之间为固定副，焊接机器人的其余关节类型为平移副和旋转副，并添加驱动函数。2.根据权利要求1所述的一种焊接机器人综合仿真方法，其特征在于：所述焊接机器人包括与地面基准固定连接的基座(1)，所述基座(1)上通过第一关节(2)活动安装有第一连杆(3)，所述第一连杆(3)的外端通过第二关节(4)活动安装有第二连杆(5)，所述第二连杆(5)的外端通过第三关节(6)活动安装有第三连杆(7)，所述第三连杆(7)内部通过第四关节(8)同轴安装有第四连杆(9)，所述第四连杆(9)的外端通过第五关节(10)外接有第五连杆(11)，所述第五连杆(11)的外端通过第六关节(12)活动安装有第六连杆(13)。3.根据权利要求2所述的一种焊接机器人综合仿真方法，其特征在于：步骤二中，定义焊接机器人的第一关节(2)、第二关节(4)和第三关节(6)的材质为铸铁；焊接机器人的第四关节(8)、第五关节(10)和第六关节(12)的材质为铝合金。4.根据权利要求2所述的一种焊接机器人综合仿真方法，其特征在于：步骤四中，简化方式是删除对仿真没有影响的结构特征，并不考虑摩擦力、耦合约束等效传动关系，然后将模型的格式另存为*.x_t格式，再导入到ADAMS中。5.根据权利要求4所述的一种焊接机器人综合仿真方法，其特征在于：所述基座(1)与地面之间为固定副；所述第一关节(2)、第四关节(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐向荣，李永港，游天涯，李琦琦，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：