[發明專利]一種焊接機器人焊接圓弧焊縫的平面三角擺焊方法

有效

• 申請號: 201610222344.6
• 申請日: 2016-04-11
• 公開（公告）號: CN105834629B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 王正謙;宋方方
• 申請（專利權）人: 南京埃斯頓機器人工程有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 程化銘

技術領域

本發明涉及一種焊接機器人圓弧焊縫的擺焊方法，具體是說涉及一種焊接機器人焊接圓弧焊縫的平面三角擺焊方法。

背景技術

焊接機器人不僅要求能用于直線和圓弧焊縫的焊接，在焊縫較大或特殊焊接工藝要求下往往會用到擺焊。擺焊是指焊炬沿著焊縫方向以特定角度周期性左右擺動進行焊接，以增大焊珠寬度，從而提高焊接強度和焊接效率的一種焊接方法，它在自動化焊接設備中已經得到了廣泛的應用。根據擺焊運條的形狀可將擺焊分為鋸齒擺焊、正弦擺、三角擺焊及圓形擺焊。三角擺焊是指焊炬末端沿著焊接方向做連續的三角形運動并不斷沿著焊接方向進給從而實現擺動焊接的一種焊接方式，它在焊接工藝中具有廣泛的應用。

中國專利申請201310507312.7公開了一種弧焊機器人雙平面擺弧軌跡的規劃方法，它基于時間連續的規劃方法來確定弧焊機器人的雙平面擺弧軌跡。首先，獲取焊接的起點、終點及兩個擺弧平面內的任意兩點的位姿信息，然后設定加速度時間比例ratio、最大加速度Amax及最大速度Vmax。然后，通過積分求出起點到終點方向位置與時間的函數關系，根據正弦函數公式，確定擺弧平面內的位置規劃；再經過矩陣變換，將擺弧平面內的位置點轉換成機器人基坐標系下的位置點，從而控制機器人進行擺弧運動。但是此方法要求焊槍的進給方向必須為工具坐標系Z軸正方向，降低了用戶使用的靈活性；并且它只能用于雙平面的直線擺焊，存在極大的使用局限性。

文章《弧焊機器人擺焊方法的研究》提出了一種平面三角擺焊的實現方法，但它只能應用于直線型擺焊，在焊接的使用中存在很大的局限性。其后面提到的“五點圖形示教法”要根據多種情況分別求取中間插補點，計算過于繁瑣。

發明內容

本發明的發明目的，在于克服現有技術存在的缺陷，提出了一種焊接機器人焊接圓弧焊縫的平面三角擺焊方法，拓展了機器人擺動焊接的使用場合，提高焊接效率，改善焊接工藝。

圓弧焊縫三角擺焊包括平面圓弧三角擺焊和空間圓弧三角擺焊。平面圓弧三角擺焊如附圖1所示，指的是圓弧焊縫的兩側均為平面板材。

本發明為實現發明目的所采用的技術方案是，一種焊接機器人焊接圓弧焊縫的平面三角擺焊方法，其步驟如下：

1、確定以下參數：焊接起點坐標P_start(x_s,y_s,z_s)、目標點坐標P_target(x_t,y_t,z_t)(焊接終點)、輔助點坐標P_aux(x_a,y_a,z_a)，輔助點為焊接起點和終點間圓弧焊縫上的任意一點；圓弧焊縫的圓心為O₀(x₀,y₀,z₀)、半徑為r；機器人基坐標系原點為O(0,0,0)；焊炬擺幅H、焊炬擺寬L。

2、根據擺幅和擺寬計算焊接插補點P_i，i＝1,2…n,其中，奇數插補點在圓弧焊縫的外側，偶數插補點在圓弧焊縫的內側：

a、確定圓弧焊縫的焊接方向；

通過焊接起點、目標點和輔助點位置信息，可得位置向量由兩位置向量確定焊縫方向。

b、計算焊縫平面方向余弦值

設定焊接所在平面為M，n_x,n_y,n_z為焊縫平面方向余弦值。由M上的任意兩向量叉乘可以得到其法向量，將法向量單位化后得到

c、計算焊縫圓心角及單位插補角

圓弧形焊縫對應的圓心角θ即為焊縫圓心角，單位插補角θ₀(即位于圓弧焊縫上相鄰兩個中間插補點P′_i-1和P_i′之間所對應的圓心角)。由圓心及焊接起點、目標點、輔助點得到三個位置向量設angSA為向量與向量夾角，angAT為向量與向量夾角，angST為向量與向量夾角。由向量的乘法公式可以獲得angSA、angAT、angST的值，則由angSA、angAT、angST三者大小關系即可獲得焊接路徑所對應的圓心角θ。

由設定的焊炬擺寬L、焊炬擺幅H及圓弧半徑r得到單位插補角θ₀。

d、求取焊縫焊接插補點P_i

根據圓弧形焊縫對應的圓心角θ和單位插補角θ₀，計算出焊接過程中焊炬擺動次數n。