[發明專利]一種弧焊機器人空間圓弧擺焊插補方法

有效

• 申請號: 201810984979.9
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN108941845B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 曹宇男;郭鑫鵬
• 申請（專利權）人: 蘇州艾利特機器人有限公司
• 主分類號: B23K9/022
• 分類號: B23K9/022;B23K9/028;B23K9/12;G06F17/16;G06F17/13
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1.一種弧焊機器人空間圓弧擺焊插補方法，用于平板焊件與圓柱形焊件的焊接，其特征在于，擺焊軌跡在平板面和圓柱面之間交替進行并且總是緊貼焊件表面，具體包括以下步驟：

A.通過機器人示教確定以下參數：焊接起點P_s＝(x_s，y_s，z_s)，焊接終點P_e＝(x_e，y_e，z_e)，圓弧中間參考點P_m＝(x_m，y_m，z_m)，三點不共線，確定圓弧機器人基坐標系原點為(0，0，0)，圓弧所在平面即平板所在的平面，圓柱面與之垂直；

B.獲得圓柱面上的插補點坐標和平板面上的插補點坐標：

a)根據示教的三個點P_s、P_m、P_e，計算出圓弧的半徑r、起點對應圓心角α、圓弧長L以及基坐標系{B}到圓弧平面坐標系{U}的變換矩陣

b)設平板面擺焊軌跡上的點為P'，圓柱面擺焊軌跡上的點為P”，擺焊軌跡曲線的函數為y＝f(x)，擺焊軌跡曲線弧長公式為l＝l(x)，在任何時刻圓弧上總有一個點P與P'對應，二者之間距離最短，PP'連線垂直于圓弧的切線，P、P'和圓心O共線；以圓弧上的點P為原點建立坐標系{V}，x軸與圓弧切線共線，指向插補前進方向，y軸指向PP'方向，坐標系{V}的x軸和圓弧坐標系{U}的x軸之間的夾角為ω，ω∈[0,2π]；坐標系{U}先繞z軸旋轉ω，再沿y軸平移r得到坐標系{V}，ω在大小上等于OP連線與坐標系{U}y軸的夾角：

ω＝α-l_t/r-0.5π

其中α是圓弧起點對應的圓心角α∈[0,2π]，l_t是當前插補點對應的圓弧段長度l_t∈[0,L]，通過下式得到：

式中Δs是單個周期插補的位移，f'(x)是函數y＝f(x)的導數，坐標系{U}到坐標系{V}的變換矩陣為：

P'在坐標系{V}上的坐標值為：

P'在基坐標系{B}的坐標值通過下式得到：

P”在坐標系{V}上的坐標值為：

P”在基坐標系{B}的坐標值通過下式得到：

2.根據權利要求1所述的弧焊機器人空間圓弧擺焊插補方法，其特征在于，所述的步驟B中，所述擺焊軌跡曲線的函數為y＝f(x)：

令XYZ直角坐標系上的空間橢圓曲線P_AP_B上點的坐標為：P＝(x y z)^T，其中P_A為曲線上的起始點，P_B為曲線上的終點，經過齊次坐標變換將所述空間橢圓曲線轉換為XZ平面上的平面橢圓曲線，且令XZ平面上的平面橢圓曲線上點的坐標為：P′＝(x′ 0z′)，那么將平面橢圓曲線上的點轉換到空間橢圓曲線上的點的公式為：

P＝T*P′+P₀

其中矩陣T為3×3矩陣，表示平面橢圓曲線轉換到空間橢圓曲線的旋轉矩陣，P₀表示平面橢圓曲線轉換到空間橢圓曲線的平移量，并且P₀為空間橢圓曲線的中心點坐標值；

將空間橢圓曲線上的點經過齊次坐標轉換到平面橢圓曲線上的點的公式為：

P′＝T^-1*(P-P₀)

其中矩陣T^-1是矩陣T的逆矩陣；

設空間橢圓曲線的起始點P_A坐標為：(x_A y_A z_A)^T，終點P_B坐標為：(x_B y_B z_B)^T，且所述空間橢圓曲線上中點P_C的坐標為：(x_C y_C z_C)^T，將空間橢圓曲線經過齊次坐標變換到平面橢圓曲線，令平面橢圓曲線表達式為：a＞0且b＞0，其中參數a和b的求法如下：

那么平面橢圓曲線上的點在參數坐標系下表示為：

其中θ為平面橢圓曲線對應的離心角。