随着工业现代化水平的推进,发展以机器人为主的工业自动化制造技术已成为一种发展趋势。本论文是针对由MOTOMAN-UP6型弧焊机器人与2R旋倾变位机构成的弧焊机器人单元作了以下方面的研究:(1)对MOTOMAN-UP6型弧焊机器人的运动学问题进行研究,首先通过分析弧焊机器人结构特征,利用Solidworks软件对UP6弧焊机器人实体进行三维建模,得到该弧焊机器人的装配模型。然后利用修正后的Denavit-Hartenberg参数对弧焊机器人连杆结构进行分析与描述,搭建了弧焊机器人各连杆坐标系,并通过齐次变换矩阵描述各连杆坐标系之间运动关系构建UP6型弧焊机器人的运动学方程。最后通过实例给定关节角度对运动学方程与实体模型的末端位姿进行对比,验证该运动学方程的正确性,在进行机器人运动学计算时,采用将UP6弧焊机器人正运动学求解过程编制为MATLAB的M文件函数straight.m,通过给定各轴轴角值,得到焊枪末端中心点相对于基坐标系的位姿矩阵。(2)针对马鞍型相贯线焊缝这种典型的空间曲线焊缝进行了焊缝特征建模,采用均分圆弧角度的曲线离散方法,并通过几何公式计算得到焊缝曲线各轨迹点切线轴方向以及其在该轨迹点的法平面与大、小圆管的交线在轨迹点的切线方向,从而构建各轨迹点特征坐标系。在定义焊缝成型姿态时采取了基于ZYX欧拉角的姿态描述方法,并将此作为影响焊接工艺质量的因素来考虑,作为规划焊接工艺角度的依据。(3)推导基于焊缝成型角度的旋倾变位机逆运动学解,通过分析旋倾变位机的结构特点,构建变位机结构模型,从而推导出其运动学变换方程,最后根据焊缝成型角度的规划要求,对变位机逆解公式进行了推导,得到旋倾变位机满足船型焊的逆解公式。(4)自主开发基于MATLAB GUI人机界面设计平台与Robotics Toolbox机器人工具箱的机器人与变位机协调焊接马鞍型曲线焊缝离线编程软件Robotic Face。从界面设计布置介绍了整个软件板块的设计思路,然后针对重点的变位机协调变位模块、机器人协调跟踪模块、文件输出模块,以及环境单元布置模块和焊接工艺设置模块进行详述,并提供了模块代码。(5)应用弧焊机器人协调离线编程软件Robotic Face对弧焊机器人在固定台稳定焊接马鞍型焊缝与弧焊机器人与变位机协调焊接马鞍型焊缝分别进行计算编程,并将得到的各轴轴角值利用Solidworks Motion分别对两个试验过程进行运动仿真,并对其末端轨迹、各轴角位移、角速度以及角加速度做对比分析。在固定台稳定焊接马鞍型焊缝得到的焊缝成型角度中俯仰角与回转角都按弦曲线变化,焊缝成型角度不稳定,将会影响焊缝成型质量以及焊缝成型外观。弧焊机器人与变位机协调焊接马鞍型焊缝得到的焊缝成型角度满足了平焊(船型焊)的工艺要求,并进行现场协调焊接试验验证,得到了成型满意的马鞍型空间曲线焊缝。(6)最后进行了Motoman-UP6型弧焊机器人与2R旋倾变位机现场协调焊接马鞍型空间曲线焊缝试验,利用Robotic Face软件得到八轴协调配合焊接马鞍型焊缝的轴角值,通过对各个离散点对应八个关节轴的轴角插值定义,完成整个离线编程过程,焊接试验过程满足马鞍型焊缝船型焊工艺位姿要求以及设定的焊枪工艺位姿角度,达到焊接生产实际需要。