一種針對圓柱體相貫線焊縫的通用弧焊機器人示教方法
2023-05-05 16:30:06
專利名稱：一種針對圓柱體相貫線焊縫的通用弧焊機器人示教方法
技術領域：
本發明涉及一種通用弧焊機器人示教方法，特別是針對圓柱體相貫線焊縫的通用 弧焊機器人的示教方法。
背景技術：
在容器封頭、容器插管以及管道插接等焊接任務中大量涉及圓柱體相貫線焊縫， 該類焊縫是典型的複雜空間焊縫。對於目前的通用弧焊機器人系統而言，要完成圓柱體相 貫線焊縫的焊接，一般方法是通過示教相貫線上的若干離散點進行直線插補或圓弧插補， 但示教點個數和軌跡插補精度兩者之間存在矛盾。若示教點個數多，則示教效率低，軌跡插 補精度高；若示教點個數少，則示教效率高，軌跡插補精度低。為了克服上述矛盾，迫切需要 一種針對圓柱體相貫線焊縫的通用弧焊機器人示教方法，通過減少示教點個數提高示教效 率，同時需要保證圓柱體相貫線焊縫軌跡插補精度和焊接質量，以滿足相關的產業需求和 市場競爭。
發明內容
本發明的目的在於提供一種針對圓柱體相貫線焊縫的通用弧焊機器人示教方法， 可適用於對心垂直相交、對心斜相交、偏心垂直相交和偏心斜相交四類圓柱體相貫線。該方 法採用在線示教四個特徵點的方法完成圓柱體相貫線焊縫工件坐標系標定，通過圓柱體相貫 線焊縫軌跡插補算法，提高弧焊機器人用於圓柱體相貫線焊接任務的工作效率和焊接質量。為實現上述目的，本發明採取的解決方案是在線示教圓柱體相貫線焊縫工件上 的四個特徵點，建立工件坐標系相對於機器人基坐標系的位姿變換矩陣，實現圓柱體相貫 線焊縫工件坐標系標定，通過相應的插補算法生成機器人基坐標系下的圓柱體相貫線離散 點坐標及相應的焊槍姿態，進而實現圓柱體相貫線焊縫軌跡生成及焊槍姿態擬合，使得弧 焊機器人能夠以更高的工作效率和焊接質量完成圓柱體相貫線焊縫的焊接任務。採用本發明的優勢在於弧焊機器人示教點個數少，示教效率高，圓柱體相貫線焊 縫軌跡插補精度高，可適應四種不同類型圓柱體相貫線焊縫的焊接需求，適應性強。
下面結合附圖對本發明作進一步描述圖1是本發明涉及的複雜程度最高的偏心斜相交圓柱體相貫線焊縫工件的通用 弧焊機器人示教方法原理示意圖。在圖1中1.特徵點1 ；2.特徵點2 ；3.特徵點3 ；4.特徵點4 ；5.工件坐標系原 點。X.工件坐標系X軸；· Y.工件坐標系X軸；Z.工件坐標系Z軸。
具體實施例方式下面針對圖1所示的偏心斜相交圓柱體相貫線焊縫工件，闡述本發明的具體方法。參見圖1，首先標識圓柱體相貫線焊縫工件上的四個特徵點1、2、3和4，操作弧焊 機器人依次到達上述特徵點位置並示教各特徵點在基坐標系下的坐標值。根據特徵點1、2 和3確定工件坐標系的原點5和Y軸，根據特徵點3和4確定X和Z軸，從而建立工件坐標 系相對於基坐標系的位姿變換矩陣，實現圓柱體相貫線焊縫工件坐標系標定。在工件坐標系下，根據圓柱體相貫線焊縫軌跡的極坐標解析方程和相應的插補算 法生成機器人基坐標系下的圓柱體相貫線離散點坐標，實現圓柱體相貫線焊縫軌跡插補， 並基於相貫線上任意點的切線與過該點的兩個圓柱切平面的交線重合的特性，計算每個圓 柱體相貫線焊縫軌跡插補點對應的焊槍姿態，進而實現圓柱體相貫線焊縫軌跡的焊槍姿態 擬合，使得弧焊機器人能夠以更高的工作效率和焊接質量完成圓柱體相貫線焊縫的焊接任 務。在上述方法中，弧焊機器人示教點個數僅為四個，示教效率高，圓柱體相貫線焊縫 軌跡插補精度高，可適應四種不同類型圓柱體相貫線焊縫的焊接需求，適應性強。圓柱體相 貫線焊縫工件坐標系標定結果可用於機器人離線編程。
權利要求
1.一種針對圓柱體相貫線焊縫的通用弧焊機器人示教方法，其特徵在於僅需要通過 操作機器人在線示教圓柱體相貫線焊縫工件上最少四個特徵點，即可建立工件坐標系相對 於機器人基坐標系的位姿變換矩陣，實現圓柱體相貫線焊縫工件坐標系標定；通過圓柱體 相貫線焊縫軌跡插補算法和焊槍姿態擬合算法，實現圓柱體相貫線焊縫軌跡生成及焊槍姿 態擬合，使得弧焊機器人能夠以更高的工作效率和焊接質量完成圓柱體相貫線焊縫的焊接 任務。
2.根據權利要求1所述的圓柱體相貫線焊縫軌跡插補算法和焊槍姿態擬合算法，其特 徵在於根據圓柱體相貫線焊縫軌跡的極坐標解析方程和相應的插補算法生成機器人基坐 標系下的圓柱體相貫線離散點坐標，實現圓柱體相貫線焊縫軌跡插補，同時基於相貫線上 任意點的切線與過該點的兩個圓柱切平面的交線重合的特性，計算每個圓柱體相貫線焊縫 軌跡插補點對應的焊槍姿態，進而實現圓柱體相貫線焊縫軌跡的焊槍姿態擬合。
3.根據權利要求1所述的圓柱體相貫線焊縫的通用弧焊機器人示教方法，可用於對心 垂直相交、對心斜相交、偏心垂直相交和偏心斜相交這四類圓柱體相貫線焊縫工件的焊接。
全文摘要
本發明涉及一種針對圓柱體相貫線焊縫的弧焊機器人示教方法，可適用於對心垂直相交、對心斜相交、偏心垂直相交和偏心斜相交四類圓柱體相貫線焊縫。該方法通過操作機器人在線示教圓柱體相貫線焊縫工件上的四個特徵點，建立工件坐標系相對於機器人基坐標系的位姿變換矩陣，實現圓柱體相貫線焊縫工件坐標系標定，通過相應的插補算法生成機器人基坐標系下的圓柱體相貫線離散點坐標及相應的焊槍姿態，進而實現圓柱體相貫線焊縫軌跡生成及焊槍姿態擬合。本發明使得弧焊機器人在圓柱體相貫線焊縫焊接任務中僅需示教四個特徵點，示教效率高，軌跡插補精度高，適應性強，能夠大大提高弧焊機器人用於圓柱體相貫線焊接任務的工作效率和焊接質量。
文檔編號B23K9/02GK102069267SQ20111002907
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月25日 優先權日2011年1月25日
發明者侯潤石, 王勝華, 艾文學, 高喜飛, 魏秀權 申請人:杭州凱爾達電焊機有限公司