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