[發明專利]一種焊接機器人的擺焊軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 202010911212.0
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112008305B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 趙臻暉
• 申請（專利權）人: 南京埃斯頓自動化股份有限公司;南京埃斯頓機器人工程有限公司
• 主分類號: B23K37/02
• 分類號: B23K37/02;B23K9/127;B25J9/16
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

1.一種焊接機器人的擺焊軌跡規劃方法，其步驟是：

步驟1.確定焊接參數條件

通過機器人示教器示教確定曲線焊縫上三個不共線的點，取其位姿信息中的位置信息，分別確定為：

焊接起始點P_s＝(x_s,y_s,z_s)，x_s、y_s、z_s分別為P_s在三維坐標系中的坐標值；

焊接終止點P_e＝(x_e,y_e,z_e)，x_e、y_e、z_e分別為P_e在三維坐標系中的坐標值；

焊接輔助點P_a＝(x_a,y_a,z_a)，x_a、y_a、z_a分別為P_a在三維坐標系中的坐標值；

擺焊幅值A；擺焊周期T；擺焊軌跡位移函數weave(t)；

步驟2.確定曲線焊縫所在平面的法向量

由已知的焊接起始點P_s、焊接終止點P_e以及焊接輔助點P_a分別計算位置向量與兩個向量的叉乘并單位化得到曲線焊縫所在平面的法向量其中n_x、n_y、n_z分別為三維坐標系中的分量；

步驟3.在當前插補時刻t_i處建立動態局部擺動坐標系{w_i}；其步驟如下：

步驟3.1根據機器人控制系統的位置插補算法，確定沿焊縫曲線插補過程中當前插補時刻t_i處的插補點P_i＝(x_i,y_i,z_i)，其三維坐標系中的坐標值分別為x_i、y_i、z_i，以及上一插補時刻t_i-1處的插補點P_i-1＝(x_i-1,y_i-1,z_i-1)，其三維坐標系中的坐標值分別為x_i-1、y_i-1、z_i-1；

步驟3.2由控制系統中存儲的當前插補時刻t_i處的插補點P_i＝(x_i,y_i,z_i)以及上一插補時刻t_i-1處的插補點P_i-1＝(x_i-1,y_i-1,z_i-1)計算當前插補點的行進方向其三維坐標系中的分量a_x、a_y、a_z及模參數λ可分別表示為：

步驟3.3由當前插補點的行進方向與曲線焊縫所在平面的法向量的叉乘確定平面方向向量其中s_x、s_y、s_z分別為三維坐標系中的分量；

步驟3.4以當前插補時刻t_i處的插補點P_i為坐標原點，平面方向向量為x_w軸，行進方向為y_w軸，曲線焊縫所在平面的法向量為z_w軸建立動態局部擺動坐標系{w_i}；

步驟4.構建空間疊加向量

設當前插補時刻t_i處的軌跡擺動點為W_i，其與焊接起始點P_s構成了空間疊加向量該空間疊加向量由兩個部分組成，第一部分為擺焊主運動向量該向量可由控制系統中存儲的當前插補時刻t_i處的插補點P_i以及焊接起始點P_s確定；第二部分為擺焊分運動向量本發明提出的擺焊軌跡是以“L”型的形式交替分布于兩個焊件的表面，在一個擺焊周期T中分為前半周期與后半周期；或將周期T分配為如下比例：

當擺焊時刻t位于擺焊周期T的前半周期，即t位于0至T/2之間時，令擺焊軌跡分布于曲面焊件的表面，此時在動態局部擺動坐標系{w_i}中以z_w軸為疊加項構建空間疊加向量，曲線焊縫所在平面的法向量即

當擺焊時刻t位于擺焊周期T的后半周期，即t位于T/2至T之間時，令擺焊軌跡分布于平板焊件的表面，此時在動態局部擺動坐標系{w_i}中以x_w軸為疊加項構建空間疊加向量，平面方向向量即

步驟5.將空間疊加向量疊加至主運動形成復合運動；具體步驟如下：

由已完成構建的空間疊加向量，在當前插補時刻插補點P_i的基礎上引入實際擺焊軌跡函數；對于擺焊分運動向量其模的大小即為擺焊軌跡分運動的位移；設焊接起始點P_s與焊接終止點P_e之間的運動軌跡一共有n個擺焊周期，當前擺焊時刻t所處的周期數為k，令進一步將擺焊分運動疊加至主運動中，具體表示為：

步驟6.判斷主運動是否到達設定的焊接終止點P_e；若尚未到位，則在下一個插補時刻t_i+1處重復步驟3至步驟5，以實現動態局部擺動坐標系{w_i}的實時更新、空間疊加向量的建立與復合運動的生成；若已到位，則結束當前運動路徑的擺焊規劃。