ABB弧焊機器人系統焊接路徑規劃模擬研究

周龍桂 陸云

摘 要：為了改善ABB弧焊機器人焊接質量，本文以焊接路徑規劃作為切入點，建立在工件焊接基礎上，構建路徑規劃模型。該模型的信息來自手動示教方式應用，根據起始點和終點創建向量，并計算焊縫離散點坐標，采取投影、坐標轉化等一系列處理，結合離散編程，形成路徑規劃模型。模擬結果表明，該算法能夠實現角焊接路徑的高效高精準規劃。

關鍵詞：路徑規劃;離散化;機器人

經濟迅速發展時代背景下，自動化制造產業逐漸向工業機器人作業方向轉變，并且在多個工廠推行，成為現階段工業發展不可缺少的工具之一[1]。焊接路徑規劃作為機器人技術的核心，在很大程度上決定了作業質量，如何準確規劃焊接路徑成為了當前重點研究內容[2]。目前，國內已經提出了一些路徑規劃策略，但是大部分未能通過驗證。為了加深對此方面內容的探究，本文選擇比較常見的直線焊縫作為研究對象，探究其軌跡規劃策略。

一、ABB弧焊機器人焊縫離散化處理

按照手動示教方式，獲取與焊縫相關信息。信息中，起始位置記為 ，終止位置記為 。假設機器人作業焊接速度為V0，在對焊縫曲線采取離散化處理時，產生的插補周期記為T。

從焊縫的起始端開始計算，沿著焊縫處理方向，連接起點和終點，形成有向向量，記為 ，該向量的計算公式如下：

三、焊接路徑規劃模擬實驗

1、確定焊縫點位置

本次模擬試驗中，選取角焊接工藝作為機器人焊接方式[3]。其中，焊接對象為兩塊平面鋼板組成的工件。其中，工件焊接起點坐標為 ，工件焊接終點為 。設定插補周期T=5s，機器人的焊接作業速度 。

第一步：對機器人焊縫采取離散化處理，生成焊縫點坐標。其中。

第二步：將焊縫點坐標組成空間直線，根據直線關系，構建離散點輔助坐標系[4]。

第三步：將示教三點帶入輔助坐標系中，采用三點標定方法，得到關系矩陣，即機器人與工件之間的關系，得到如下矩陣：

以機器人基坐標系為參照，根據公式（7）計算各個焊縫離散點，生成位姿矩陣。

2、模擬效果分析

本次模擬實驗選取Robotstudio作為模擬工具，對ABB機器人的焊接作業進行模擬，主要包括機器人的六個關節。以下為模擬步驟：

第一步：將角焊接縫模型導入其中，在軟件中創建角焊縫模型，實施格式為.stl，而后將此模型導入工作站中。

第二步：在工作站中調用焊接輔助模型，開啟軟件數據庫后查詢即可獲取，對ABB機器人下達焊接操作命令。

第三步：設置角焊接路徑，借助可視化系統，控制機器人焊接路徑。

按照上述操作的同時，計算各個離散點的位姿，并將計算結果輸入Bobotstudio當中，形成路徑規劃方案。為了提高機器人焊接精準度，對焊槍的姿態進行調整，校正后開始焊接。如圖2所示為焊縫離散化處理及編程檢驗現場。

焊接實驗結果表明，本焊接路徑規劃模型能夠準確找到焊縫位置，形成較為合理的焊接路徑，不僅提高了焊接效率，而且焊接質量也得到了保障。

總結

本文引入焊縫離散化技術，探究ABB機器人焊接路徑規劃方法。通過離線編程，對工件坐標采取轉化處理，創建輔助坐標系與機器人基坐標系之間的關聯關系，形成焊接路徑規劃矩陣。模擬結果顯示，本文提出的離線編程路徑規劃方案，符合焊接技術應用要求，對焊接效率提升有所幫助。

參考文獻

[1]張瑞星，李秀娟，高喚.雙焊接機器人協同路徑規劃研究[J].組合機床與自動化加工技術，2019（6）：81-85.

[2]金嘉琦，曲晟，王靖遠.基于改進ACO的機器人路徑規劃與仿真研究[J].機床與液壓， 2019，47（9）：72-75.

[3]王威，許勇，呂葉萍，等.雙機器人協調點焊路徑優化算法研究[J].組合機床與自動化加工技術，2020（6）：88-93.

[4]高飛，馬駿，鄒家生，等.基于C++二次開發的弧焊機器人離線編程3D打印制字研究[J]. 江蘇科技大學學報（自然科學版），2020，34（3）：18-21.0755BD3A-2DDE-40FB-9894-31C0222E5135