MOTOMAN_UP系列机器人离线编程系统

MOTOMAN_UP 离线编程

2007年9月第35卷第9期

机床与液压

MACHINETOOL&HYDRAULICS

3

Sep12007

Vol135No19

MOTOMAN2UP系列机器人离线编程系统

陈焕明,胡中华,熊震宇,江淑园

(南昌航空工业学院材料学院,南昌330034)

摘要:采用VISUALC++610及OpenGL技术开发了MOTOMAN2UP系列弧焊机器人离线编程系统。建立了MOTOMAN2

UP系列机器人D2H坐标系及连杆参数表,编写了运动学逆解模块;针对典型马鞍形工件的特点,规划出焊枪的运动路径与姿态,且按比例同步显示工件;集成了机器人通信模块MOTOCOM32和运动学仿真模块ROTSY并同步导入马鞍形工件,不仅能单步生成作业指令,且可自动生成作业程序。,验证该系统是切实可行的。

关键词:VISUALC++610;MOTOMAN2UP;离线编程;MOT中图分类号:TP24212　　文献标识码:A　　文章编号:)-3

Offline2programminN2UPSeriesRobot

CHENNGZhenyu,JIANGShuyuan

(andEngineering,NanchangInstitute

ofTechnology,Nanchang330034,China)

Abstract:Offline2prmmingsystemforMOTOAMN2UPseriesrobotwasdevelopedbyusingVISUALC++610andOpenGL.AspacecoordinateframebasedontheD2Hcoordinatetransformationmethodandconnecting2rodparametertablewerebuiltandinversekinematicsmodulewasprogrammed.

Inallusiontosaddle2shapework2piece,pathandpostureofmotionwereplannedandthework

piecewasdisplayedontheinterfacesynchronisticallyinproportion.ROTSYforsimulationmoduleandMOTOCOM32forcommunica2tionwereintegratedtogetherontheinterface,andsaddle2shapework2piecewasimportedautomaticallyintoROTSY,bywhichjobin2structioncanbemadestepbystep,andjobfilecanbemadeautomatically.Testbyofflinesimulationandpracticalweldingprovesthatthesystemisfeasible.

Keywords:VISUALC++610;MOTOMAN2UP;Offline2programming;MOTOCOM32;ROTSY

0　引言

机器人焊接是焊接自动化技术现代化的主要标志。从20世纪60年代诞生和发展到现在,焊接机器人的研究经历了3个阶段,即示教在线编程、离线编

[1]

程和自主编程。由于技术尚不成熟,目前国内外大量弧焊机器人系统从整体上看基本上都属于第1代,其轨迹、姿态和焊接工艺参数需在线示教,不仅占用大量生产时间,而且示教质量取决于操作者的经验,在当今产品的批量越来越少,而品种越来越多的形势下,示教在线编程已成为新的生产模式的一大障碍。离线编程可以克服以上不足,具有显著的优点。为满足小批量、多品种、成本低、时间短及焊接质量高等要求,开发离线编程系统是必然趋势。安川公司生产的MOTOMAN2UP系列机器人在我国应用较广,而目前国内尚没有针对UP系列机器人的实用性强、自动化程度高的离线编程系统;因此,开发具有自主知识产权的UP系列机器人编程系统意义重大。1　系统组成

MOTOMAN2UP系列弧焊机器人离线编程系统主

信、焊接轨迹规划及参数规划、工作环境建模、运动

学仿真、焊接作业文件自动生成及保存,其相互关系如图1

所示。

图1　机器人离线编程系统的组成

2　用户接口

采用VISUALC++610开发系统用户接口,如

图2所示,基本操作步骤及功能简介:

(1)选择机器人型号。如UP6、UP20等。

(2)焊缝几何参数规划。选择工件几何形状(如圆形、马鞍形等)并输入几何参数(空间位置、尺寸大小、倾斜角度等),工件同步显示且同步导入仿真软件ROTSY中。

[3]

要包括

[2]

机器人及用户接口、运动学计算、机器人通

3

基金项目:航空科学基金资助项目(02H56007)

MOTOMAN_UP 离线编程

202

机床与液压第35卷

该程序符合日本安川机器人作业程序的语言格式。重复步骤(4)—(7),直至完成所有插补点。

(8)保存作业。将生成的作业文件包存到某个路径下。

(9)离线仿真。调用ROTSY进行运动学仿真。(10)机器人通信。调用MOTOCOM32将作业传输到机器人控制器XRC,远程操作机器人实焊。

考虑到简单实用,界面上〈自动生成作业〉按,无需重复步骤(4)—(7),3D2H坐标系,列出机器;然后求出机器人各坐标系(图3)间的齐次变换矩阵。最后求运动学逆解。因为MOTO2MAN2UP系列机器人有各种手臂形态,所以逆运动学的逆解不唯一,而机器人前3个关节变量仅与机器人末端点的位置有关,而后3个变量与末端点的姿态有关,故采用臂腕分离的方法结合分离变量法,将机器人末端的位姿分解为臂部和腕部两部分,分离变量法即:保证左端仅有一个关节变量,寻找一个恰好右端某项是常数或仅含该变量的等式,依次求出各关节变[4]

量。限于篇幅,

这里未列出推导过程及求解公式。

图2　MOTOMAN-UP系列机器人离线编程系统用户接口

(3)插补点个数计算。根据上一步输入的尺寸、

倾斜角度等参数确定满足焊接质量要求的插补点个数,并显示在用户界面上。

(4)通过微调按钮去顶插补点序号。

(5)插补点对应机器人末端位姿。系统读取插补点序号,并调用焊接工件姿态规划函数,求出理想状态下机器人末端位姿,并显示在界面上。

(6)运动学逆解。系统读取机器人末端位姿并调用运动学逆解模块,将结果显示在标签〈关节角〉及〈脉冲值〉下面。

(7)单步生成指令。利用生成的六关节脉冲值编写3条作业指令,并添加到作业文件的相应位置,

图3　MOTOMAN2UP系列机器人D2H坐标系

以MOTOMAN2UP20机器人为例,可得MOTO2MAN2UP20机器人连杆参数,如表1所示。

连杆参数

an/mmdn/mm

150730140000

000-7650-45715

表1　MOTOMAN2UP20机器人连杆参数表

关节

123456

坐标n

012345

坐标变换

A1A2A3A4A5A6

θ)n(初值)/(°

θ1(0)θ2(-90)

θ3(0)θ4(0)θ5(90)θ6(180)

αn/(°)

-90180-909090180

αnsin

-10-1110

αncos

0-1000-1

4　焊缝姿态规划模块

通过该模块,用户选择焊接工件的几何形状并输入几何参数。系统根据用户输入的几何形状及几何参数自动计算出符合焊接质量要求的插补点个数及选择

采用何种插补方式,并对插补点编号,计算每个点对应的姿态,即焊缝特征坐标系。如选择马鞍形工件,弹出的焊缝规划对话框如图4所示,不仅是用于正交马鞍形工件,而且对斜交马鞍形工件同样适用,功能

MOTOMAN_UP 离线编程

第9期陈焕明等:MOTOMAN2UP系列机器人离线编程系统

2　　　03

全是本系统的特点之一。图中,工件的显示、旋转、

[5]

放大、缩小等功能的实现采用了OpenGL技术,用户可以清楚看到工件几何形状、倾斜角度(图中为

)。该界面图文并茂,一目了然

。35°

进行各种传输工作。如将计算机中的程序复制,移动

到机器人控制器中;反之,也可以将机器人控制器中的程序复制,移动到计算机中。保存在计算机中的程序,可以随时打开,在计算机上进行编辑修改十分方便。这样就可以把离线编程生成的作业,从计算机传到机器人控制器的内存中,然后调用主机控制模块进行实际焊接,所有操作均在计算机上完成,且集成度高,

真正实现离线编程及远程操作。

图4　工件参数输入及动态显示对话框

5　焊接作业生成模块

本系统实现了焊接作业的两种生成方式:一种是单步指令生成,另一种是自动生成。前一种生成焊接作业文件需要执行次数与插补点个数相等,即1个插补点对应1次编程操作,故插补点又叫编程点,缺点是生成一个作业文件可能需要手动重复步骤(3)—(7)多次,易出错,耗时长,但也存在优点:方便用户查看某个编程点的机器人末端位姿及各关节相应的角度及脉冲值,其作用主要用于此;后一种是由计算机自动重复步骤(3)—(7),用户只需按下按钮〈自动生成作业〉,就可以很快生成作业文件,并显示在界面的右上角,该方式可以节省大量时间,且不易出错,一般情况下,要生成焊接作业文件采用这种方式。

作业文件生成后,点击按钮〈保存作业〉,打开保存对话框,将文件保存到所需的路径,在仿真及通信传输操作中将用到此文件。6　远程通信及运动学仿真模块

本系统将远程通信模块MOTOCOM32及运动学仿真模块ROTSY集成到一个界面上,用户不再需要另外启动这2个模块,而只需点击界面上的按钮即可。以焊接马鞍形工件为例,ROTSY仿真界面如图5所示,其中系统自动导入马鞍形工件,而不需用户导入,且焊接作业文件已经保存到仿真软件的默认文件夹下,点击运行按钮,可以观察到机器人焊枪沿着焊缝轨迹焊接,其操作简单,自动化程度高。

通信模块MOTOCOM32由3个模块构成,分别实现高速作业传输、主机控制及自动作业更换的功能,以高速作业传输为例,其界面如图6所示,在这一模块中,可对计算机中的程序和机器人控制器中的程序

图5　

马鞍型焊缝运动学仿真

图6　高速作业传输模块

7　结论

本研究采用VISUALC++610编程工具开发了MOTOMAN2UP系列机器人离线编程系统,适用于UP系列的所有机器人,该系统解决了运动学逆解的多解优化及仿真软件ROTSY和通信软件MOTOCOM32的集成度不高等问题,实现了焊接作业文件的单步生成及自动生成,结合先进的图形工具OpenGL技术实现了工件的显示、旋转、放大、缩小等功能,使用户对

(下转第207页)

MOTOMAN_UP 离线编程

第9期杨亚罗等:基于CORBA的构件实现方法研究

2　　　07

在系统的开发过程中,笔者选用了C++Builder

作为开发工具,C++Builder同时支持CORBA和DCOM,并内置了VisiBroker,其开发环境中还集成了CORBAIDL编译器,是开发分布式对象应用系统的优秀工具。

使用OMGIDL描述系统的软件体系结构模型,产生若干个IDL文件,这些文件经IDL编译器编译后,形成了给服务器使用的skeleton原始程序和给客户端使用的stub原始程序。然后编写客户端应用程序处理客户端的操作,再把stub原始程序包含在客户端应用程序的项目中进行联编,生成可执行的客户端程序。同样的再编写能够相应并实现客户端请求的服务器端应用程序之后,把skeleton,服务器端程序,在实现库中进行注册,象时,。此外,CORBA应用程序是多线程的,在实现服务器与客户端对象时,要注意防止线程冲突。我们可以利用VisiBroker环境提供的,包含头文件的vthread1h中的一些类,其中包括:互斥对象(VISMutex)、条件变量(VISCondition)和读/写锁定对象(VISRWlock)来防止线程冲突。5　总结

软件复用时在软件开发中避免重复劳动的解决方案。通过软件复用,可以提高软件开发的效率和质量。基于构件的复用是产品复用的主要形式,也是当前复用研究的焦点。基于构件的开发方法是按照满足预先定义的功能要求将构件集成到应用系统的过程。从某种意义上说,构件库是软件复用的基础,一个结构合理、功能齐全的构件库是进行基于构件的软件开发的有力保证。目前,有多种途径获得构件:从现有的构件中获得符合要求的构件,直接使用或作适应性(上接第203页)

工件一目了然。另外,还实现了焊接作业文件的自动读取及工件模型文件的自动导入功能,使得运动学仿真的自动化程度进一步提高。综上所述,MOTOMAN2

UP系列机器人离线编程系统具有功能全、集成度高、

修改,得到可复用构件;通过遗留系统,将具有潜在复用价值的构件提取出来,得到可复用构件;从构件市场上购买现成的商用构件;开发新的、符合要求的构件。

可见在软件开发过程中,对系统进行分析,提取构件并对构件进行开发与积累是实现软件复用的基础。总之,本文分析了一类系统开发中构件开发模式,基于CORBA方法实现构件,为基于构件的软件开发打下了良好的基础。业改革和重组分工,,,必将取得进一步突破。

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科学出版社,2005141

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suesandResearchDirections[J]1IEEETransactionsonSoftwareEngineering,1995(6):528-5621

【6】朱其亮,郑斌,等1CORBA原理及应用[M]1北京

邮电大学出版社,20011101

作者简介:杨亚罗(1978—),男,白族,博士研究生,主要研究方向为制造自动化、组态软件开发。王润孝(1957—),男,汉族,教授,博士生导师,主要研究方向为先进制造技术、机电控制及自动化。电话:02988488022(O),02982374661(D),13087586511。E-mail:yan2gyaluo@mail1nwpu1edu1cn。

收稿日期:2006-10-30

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京:人民邮电出版社,19991

作者简介:陈焕明(1958—),男,福建龙岩人,教授,硕士生导师、江西省中青年学科带头人,江西省焊接学会副理事长,主要从事焊接自动化及弧焊电源的研究工作,发表论文40篇,完成省部级课题4项。获省部级科技进步三等奖1项,江西省“优秀研究生指导教师”称号。电话:13767058510,E-mail:

yahoo1com1cn。

chzhualong@

速度快、自动化程度高、用户接口友好、图文并茂、交互性好等特点,它从真正意义上实现了机器人离线编程。

参考文献

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收稿日期:2006-09-29

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gal4.html