焊接机器人及其应用PDF电子书下载

前言 1

上篇 焊接机器人系统技术基础 1

第1章 绪论 1

1.1 焊接自动化发展概况 1

1.2 机器人焊接发展概况 4

第2章 焊接机器人概论 8

2.1 焊接机器人分类 8

2.2 焊接机器人系统组成 11

第3章 机器人运动学和动力学 15

3.1 刚体的位置和姿态描述及坐标变换 15

3.1.1 刚体的位置和姿态描述 15

3.1.2 坐标变换 17

3.1.3 齐次变换及其运算 18

3.1.4 变换方程 21

3.1.5 表示方位的欧拉角和RPY角 23

3.2 机械手的运动学 27

3.2.1 连杆的坐标系 27

3.2.2 运动学方程 29

3.2.3 求解运动学方程 34

3.3 机器人操作臂动力学 40

第4章 弧焊机器人传感系统 50

4.1 一般机器人传感技术 50

4.1.1 传感器的概念 50

4.1.2 传感器分类 51

4.1.3 主要传感器介绍 52

4.1.4 传感系统、智能传感器、多传感器融合 56

4.2 弧焊机器人传感技术 57

4.2.1 电弧传感方法 58

4.2.2 视觉传感方法 61

4.3 机器人焊接过程传感系统 65

4.3.1 传感系统结构 65

4.3.2 机器人与传感器的接口 65

4.3.3 跟踪信息的利用方法 66

4.3.4 跟踪概念的扩展 67

第5章 焊接机器人驱动与控制技术 68

5.1 对机器人传动装置的要求 68

5.2 电气驱动系统中执行机构的功率确定方法 70

5.3 机器人中的驱动电动机 74

5.3.1 直流伺服电动机 74

5.3.2 无刷电动机 76

5.4.1 直流伺服电动机驱动 81

5.4 电动机驱动方法概述 81

5.4.2 无刷电动机驱动 83

5.5 机器人位置控制技术 87

5.5.1 基于直流伺服电动机的单关节控制 88

5.5.2 基于交流伺服电动机(AC无刷电动机)的关节位置控制 94

5.5.3 轨迹插补算法 100

第6章 弧焊机器人接头跟踪技术 110

6.1 引言 110

6.2 激光扫描视觉传感器原理 111

6.2.1 光学三角测量原理及分析 111

6.2.2 激光扫描式视觉传感器的结构 112

6.2.3 低层信息处理 114

6.3.1 V型坡口 115

6.3 接头类型识别和特征参数提取 115

6.3.2 搭接接头 118

6.3.3 对接接头 119

6.3.4 角接接头 122

6.4 视觉控制的弧焊机器人接头跟踪的实现 122

6.4.1 视觉控制的弧焊机器人系统结构与构成 122

6.4.2 修正方式下接头跟踪控制方法及实现 124

第7章 焊接机器人的离线编程技术 131

7.1 离线编程与图形仿真技术概况 131

7.1.1 离线编程与图形仿真技术的意义 131

7.1.2 离线编程系统的组成部分 132

7.1.3 离线编程技术的发展 132

7.2.1 Workspace系统 133

7.2 离线编程典型系统 133

7.2.2 Roboplan系统 134

7.2.3 WRAPS系统 134

7.3 焊接机器人规划技术 135

7.3.1 焊接规划的概况 135

7.3.2 焊接任务规划 136

7.3.3 焊接参数规划 137

7.2.4 焊接机器人路径规划 137

7.2.5 焊接机器人轨迹规划 138

7.4 焊接机器人离线编程应用软件介绍 140

7.4.1 RAWCAD系统应用开发 140

7.4.2 Workspace软件 143

7.4.3 UltraArc和UltraSpot软件 144

8.1 焊接动态过程控制问题 145

第8章 机器人焊接动态过程智能控制技术 145

8.1.1 焊接过程控制的发展 146

8.1.2 焊接动态过程的模型化 146

8.1.3 焊接过程控制系统设计问题 148

8.2 焊接熔池动态信息提取 149

8.2.1 红外辐射信息传感 150

8.2.2 焊接区直接视觉信息传感 151

8.2.3 熔池正反面视觉传感系统 157

8.2.4 熔池正反面视觉典型图像 161

8.2.5 熔池几何特征尺寸参数的提取 162

8.3 焊接熔池动态过程的实时智能控制方案 166

8.3.1 模糊控制在焊接中的应用 167

8.3.2 神经网络控制在焊接中的应用 169

8.3.3 神经网络与模糊推理结合用于焊接过程控制 170

8.3.4 脉冲GTAW对接过程双变量智能控制 172

8.4 机器人焊接智能化系统 179

8.4.1 机器人焊接智能化系统技术组成 179

8.4.2 机器人焊接任务规划软件系统设计 179

8.4.3 机器人焊接传感技术 182

8.4.4 机器人运动轨迹控制实现技术［89］ 183

8.4.5 焊接动态过程实时智能控制器设计 186

8.4.6 机器人焊接智能化集成系统 186

第9章 机器人遥控焊接技术 188

9.1 遥控焊接的基本概念 188

9.2 弧焊过程中焊枪运动控制特点分析 190

9.2.1 手工焊接的特点 190

9.2.2 机器人弧焊的特点 191

9.2.3 遥控焊接的特点 192

9.3 遥控焊接的传感信息 195

9.3.1 视觉信息的传感 195

9.3.2 视觉信息的利用 197

9.3.3 焊接参数的视觉化 199

9.3.4 力觉信息的利用 200

9.4 遥控焊接的运动控制方法 201

9.4.1 自动控制与遥控示教 201

9.4.2 人工控制 202

9.4.3 自主控制 203

9.4.4 人机交互控制 204

9.4.5 人机共享控制 204

9.5.1 主从系统 206

9.5 机器人遥控焊接系统的结构 206

9.4.6 分布式控制 206

9.5.2 柔性遥控焊接系统 207

9.5.3 基于新控制方法的遥控焊接系统 207

9.5.4 遥控焊接系统的选择 210

下篇 焊接机器人的应用 212

第10章 焊接生产自动化的目的及实施中应注意的问题 212

10.1 实现焊接生产过程自动化的意义和必要性 213

10.2 实现焊接生产过程机器人化的目的 214

10.2.1 提高焊接生产效率 215

10.2.2 保持焊接参数一致及提高焊接质量稳定性 218

10.2.3 使焊接生产实现柔性自动化 219

10.2.4 改善劳动安全卫生条件 219

10.2.6 可准确预算材料的消耗量和生产成本 220

10.2.5 增强生产管理的计划性和可预见性 220

10.3 焊接自动化方式的选择--适度自动化 221

10.4 实施焊接自动化技术改造应考虑的问题 223

10.4.1 零件制备质量和焊件装配精度与用好焊接机器人的关系 224

10.4.2 工件的结构及焊接工艺的合理性与用好焊接机器人的关系 226

10.4.3 管理人员、技术人员和操作人员的素质与用好焊接机器人的关系 227

10.4.4 效益和效率分析与用好机器人的关系 228

10.5 投资回收期及经济效益的分析 229

第11章 焊接机器人系统的基本配置 231

11.1 焊接机器人的选择 231

11.2 弧焊机器人系统焊接装置的选择 234

11.2.1 熔化极气体保护焊焊接电源的种类和选择 235

11.2.2 熔化极气体保护焊送丝装置的选择 236

11.3 点焊机器人系统焊接装备的选择 239

11.3.1 一体式焊钳的种类和选择 241

11.3.2 定时器的种类 243

11.3.3 焊钳防撞措施 244

11.4 焊接机器人系统配备的外围设备的种类及胎、夹具的设计和选择 244

11.4.1 机器人的底座和机架 244

11.4.2 工件的工作台 245

11.4.3 工件和机器人的移位及变位装置 246

11.4.4 其它辅助装置 254

11.4.5 安全围栏和排烟装置 259

11.4.6 胎、夹具的设计与选择 261

11.5 焊接机器人工程应用开发单位的选择 264

11.5.1 明确目的和范围 265

11.5.2 寻找合适的焊接机器人工程应用开发单位 265

12.1.1 简易弧焊机器人工作站 267

12.1 简易焊接机器人工作站的基本组成 267

第12章 简易焊接机器人工作站 267

12.1.2 简易点焊机器人工作站 268

12.2 简易弧焊机器人工作站应用的实例 268

12.2.1 一种简易弧焊机器人工作站的组成 268

12.2.2 简易弧焊机器人工作站的编程与控制 270

12.2.3 简易焊接机器人工作站所适用的产品对象 272

12.3 简易点焊机器人的应用 272

第13章 不同变位机与焊接机器人组合的工作站 274

13.1 回转工作台+弧焊机器人的工作站 274

13.1.1 回转工作台+弧焊机器人工作站的组成 274

13.1.2 回转工作台+弧焊机器人工作站的控制 276

13.1.3 适合用回转工作台+弧焊机器人工作站的产品 276

13.2.1 旋转-倾斜变位机+弧焊机器人工作站的结构形式 277

13.2 旋转-倾斜变位机+弧焊机器人工作站 277

13.2.2 旋转/倾斜变位机+弧焊机器人工作站的控制 278

13.2.3 旋转/倾斜变位机+弧焊机器人工作站的应用 280

13.3 翻转变位机+弧焊机器人工作站 280

13.3.1 翻转变位机+弧焊机器人工作站的组成 280

13.3.2 翻转变位机+弧焊机器人工作站的控制 283

13.3.3 翻转变位机+弧焊机器人工作站的其它应用 284

13.4 龙门机架+弧焊机器人的工作站 286

13.4.1 龙门机架+弧焊机器人工作站的结构形式 286

13.4.2 龙门机架+弧焊机器人工作站的控制 287

13.5 滑轨+弧焊机器人的工作站 288

13.6 焊接机器人+搬运机器人的工作站 290

14.1 弧焊机器人与周边变位设备作协调运动的必要性 293

第14章 焊接机器人与周边设备作协调运动的工作站 293

14.2 焊接机器人与周边设备作协调运动的系统组成 294

14.2.1 铝合金椭球形封头脉冲填丝TIG焊机器人工作站 294

14.2.2 双机器人协调运动的工作站 296

14.3 焊接机器人与周边设备作协调运动的编程与控制 297

14.3.1 机器人与变位机协调运动关系的设定 297

14.3.2 协调运动系统的编程特点 298

14.4 其它与周边设备作协调运动的焊接机器人工作站的应用例 299

14.4.1 造船厂平面分段的龙门式弧焊机器人工作站 299

14.4.2 风机叶轮弧焊机器人工作站 300

第15章 焊接柔性制造系统(W-FMS) 302

15.1 焊接柔性制造系统的基本组成 302

15.1.1 焊接机器人工作站的基本结构 304

15.1.3 托盘(palette)及存放工件的料架 308

15.1.2 工件输送子母车的结构及其功能 308

15.1.4 托盘与夹具的设计 309

15.2 焊接柔性制造系统的控制与编程方法 311

15.2.1 W-FMS的运行方式 311

15.2.2 W-FMS的控制方法 311

15.2.3 W-FMS的编程 312

15.3 焊接柔性制造系统的生产特点 313

第16章 复杂的焊接机器人系统 315

16.1 冰箱压缩机的机器人自动焊接生产线 315

16.2 轿车后桥机器人自动焊接生产线 317

16.2.1 轿车后桥机器人焊接生产线和构成与工作流程 317

16.2.2 生产线的设计特点 322

结束语 324

参考文献 327