机器人在船用T型材摆动弧焊的运动控制方法技术

公开了一种机器人在船用T型材摆动弧焊的运动控制方法，包括：选取焊缝所在平面建立工具坐标系，基于焊缝起点坐标确定焊枪的起弧位置、基于焊缝终点坐标确定焊枪的灭弧位置；依据所述起弧位置、所述灭弧位置以及预设的焊接模式、摆焊周期参数，确定焊枪在所述工具坐标系中的第一运动轨迹；将第一运动轨迹转化为焊枪在机器人世界坐标系中的第二运动轨迹，确定第二运动轨迹的任意位置处机器人各关节的关节角度，基于机器人各关节的关节角度对焊缝控制机器人进行焊接。本发明专利技术能够准确控制机器人和焊枪在摆动弧焊过程中的运动轨迹，实现船用T型材平焊和船用T型材立焊的自动化焊接，焊接效率高、安全性好、适用范围广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及船用Τ型材弧焊的
，尤其涉及一种机器人在船用Τ型材摆动 弧焊的运动控制方法。
技术介绍
以下对本专利技术的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本专利技术的现有 技术。 根据相关资料，焊接工作量占据了船体建造总工程量的30%到40%，焊接成本占 据船体建造总成本的30%到50%，焊接所需要的工时占船体建造总工时的40%。在一些 工业发达国家，比如日本，船舶焊接的自动化平均水平已达70%~80%。目前，我国的船舶 焊接基本还是以工人为主的手动焊接方式，自动化程度只有20%~30%。以大连造船厂为 例，大连造船厂是我国最大的造船厂，生产了包括辽宁号在内的众多军用、民用大型船舶， 在我国船舶行业内非常具有代表性。大连造船厂的焊接工作目前仍然是以人工为主，其中Τ 型材对口焊的工作仍然是以人工焊接为主，这种焊接方式的焊接效率低，容易出工伤事故。 船舶自动化焊接领域是机器人应用领域的一大热点，但是活跃在自动化焊接领域 的70%以上的设备厂商都是"四大家族"的设备，核心技术封闭，接口不开放，价格昂贵。而 国内现有的机器人焊接技术很难在船厂得到推广和应用。国外的厂商致力于通用的自动化 焊接设备，如安川焊接机器人，产品已经成熟，并在世界的范围内推广，但是由于船用焊接 的型材的特殊性，并没有在我国的船用焊接设备中得到大面积推广和应用。 因此，现有技术中需要一种能够实现自动化焊接的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种六轴工业机器人在船用Τ型材摆动弧焊的方法，能够 实现船用Τ型材平焊和船用Τ型材立焊的自动化焊接，焊接效率高、安全性好、适用范围广。 根据本专利技术的六轴工业机器人在船用Τ型材摆动弧焊的方法，包括：S1、选取焊缝所在平面建立工具坐标系，基于焊缝起点坐标确定焊枪的起弧位置、 基于焊缝终点坐标确定焊枪的灭弧位置；S2、依据所述起弧位置、所述灭弧位置以及预设的焊接模式、摆焊周期参数，确定 焊枪在所述工具坐标系中的第一运动轨迹； S3、将第一运动轨迹转化为焊枪在机器人世界坐标系中的第二运动轨迹，确定第 二运动轨迹的任意位置处机器人各关节的关节角度，基于机器人各关节的关节角度对焊缝 控制机器人进行焊接； 其中，所述焊接模式包括：摆动停止模式和运动停止模式；摆焊周期参数包括：摆 焊运动总时间Ttotal、波峰驻留时间Ttop、波谷驻留时间Tbc]t、摆焊频率f、摆动幅值A;通信周 期时间Td。 优选地，六\代30、171^1〈14为摆动幅值，单位为：111;1^ 1为摆焊运动总时间，单 位为：min;L为焊缝长度，单位为：m山单位为：min，且Td能整除Ttotal。 优选地，步骤S1中采用三点法示教焊缝所在平面；其中，以焊缝起点作为第一点 Qi、焊缝终点作为第二点Q2、焊缝所在平面上任意一不在焊缝上的点作为第三点Q3，且向量 与向量满足右手螺旋法则。 优选地，步骤S1中所述选取焊缝所在平面建立坐标系包括： 以第一点仏作为原点、所述平面的法向量硬作为Z轴、向量g的方向作为Y 轴@、向量0和向量gF的外积@作为1轴建立工具坐标系，以向量§歹、:向量^· 和向量β尤作为工具坐标系的基向量；其中， 式中，L为焊缝长度，单位为：m;Qlx、Qly、Qlz分别为点Q在X轴、Υ轴和Ζ轴的坐标 值，Q2x、Q2y、Q2z分别为点Q2在X轴、Y轴和Z轴的坐标值，Q3x、Q3y、Q3z分别为点Q3在X轴、Y 轴和Z轴的坐标值。 优选地，所述焊接模式为摆动停止模式，机器人总运动点数N=Ttotal/Td，计算机器 人沿焊缝运动步长len=L/N，运动周期时间T=Ι/f; 机器人焊接过程中实现正弦摆动，Ttop= 0,Tbc]t= 0 ;机器人第i个运动点Pi的三 维空间坐标为： 式中，Plx、Ply、Plz分别为点P在X轴、Y轴和Z轴的坐标值。 优选地，所述焊接模式为摆动停止模式，机器人总运动点数N=Ttotal/Td，计算机器 人沿焊缝运动步长len=L/N，运动周期时间T=Ι/f;机器人焊接过程中实现三角摆动，Ttop= 0,Tbc]t= 0 ;机器人第i个运动点Pi的三 维空间坐标为： riy-\i~ijien Plz= 0式中，Ν'i=floor;N' 2=floor(Ttop/Td) ;N'3=Ν'i;Pix、 Ply、Plz分别为点P1在X轴、Y轴和Z轴的坐标值。 优选地，所述焊接模式为摆动停止模式，机器人总运动点数N=Ttotal/Td，计算机器 人沿焊缝运动步长len=L/N，运动周期时间T=Ι/f; 机器人焊接过程中实现梯形摆动，Ttop=tpTbc]t= 12;机器人第i个运动点P^勺 三维空间坐标为：Piy= (i-1)Xlen Plz= 0式中，N"!=floor ;N"2=floor(t/Td);N"3= 2N" 1; N" 4=fl〇〇r(t2/Td);N" 5=N"丄^…卩以分别为点卩在乂轴^轴和冗轴的坐标值；h是预设或手动设置的波峰驻留时间Ttop、t2是预设或手动设置的波谷驻留时间Tbc]t。 优选地，所述焊接模式为运动停止模式，机器人总运动点数N=Ttotal/Td，计算机器 人沿焊缝运动步长len=L/N，运动周期时间T=Ι/f;周期数kmciTC=floor(TtotalXf);沿 焊缝运动的点数m=fl〇〇r; 机器人焊接过程中实现三角摆动，Ttop=tpTbc]t= 12;第i个点Pi的三维空间坐 标为： Flz=?式中，N"'floor ;N"'2=floor(ti/X) ;N"'3= 2N"，1;N"，4=fl〇〇r(t2/Td);N"' 5=N"，，…卩…卩以分别为点卩在父轴^轴 和Z轴的坐标值；Pu1)y为点Puυ在Y轴的坐标值；ti是预设或手动设置的波峰驻留时间 Ttop、t2是预设或手动设置的波谷驻留时间Tbc]t。 优选地，步骤S2进一步包括： 依据所述起弧位置和所述灭弧位置，确定待机位姿、开始位姿、结束位置； 步骤S3之前进一步包括： 依据所述待机位姿、所述开始位姿和所述结束位置移动机器人和焊枪； 其中， 待机位姿即焊枪进入工作状态时焊枪停留的位置和机器人的姿态；待机位姿的在 焊缝上方，待机位姿与开始位姿和结束位置之间的运动轨迹不存在障碍物干涉； 开始位姿即焊接过程开始时焊枪停留的位置和机器人的姿态；开始位姿选择位于 焊缝起点上或焊缝起点侧边，开始位姿运动到焊缝点之间的运动轨迹不存在障碍物干涉； 结束位置即焊接过程结束时焊枪停留的位置，结束位置位于灭弧位置或者灭弧位 置的侧边，灭弧位置运动和结束位置之间的运动轨迹不存在障碍物干涉，结束位置和待机 位姿之间的运动轨迹不存在障碍物干涉。 优选地，焊枪与机器人位于所述平面的同一侧。 根据本专利技术的机器人在船用T型材摆动弧焊的运动控制方法，包括：选取焊缝所 在平面建立工具坐标系，基于焊缝起点坐标确定焊枪的起弧位置、基于焊缝终点坐标确定 焊枪的灭弧位置；依据所述起弧位置、所述灭弧位置以及预设的焊接模式、摆焊周期参数， 确定焊枪在所述工具坐标系中的第一运动轨迹；将第一运动轨迹转化为焊枪在机器人世界 坐标系中的第二运动轨迹，确定第二当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人在船用T型材摆动弧焊的运动控制方法，包括：S1、选取焊缝所在平面建立工具坐标系，基于焊缝起点坐标确定焊枪的起弧位置、基于焊缝终点坐标确定焊枪的灭弧位置；S2、依据所述起弧位置、所述灭弧位置以及预设的焊接模式、摆焊周期参数，确定焊枪在所述工具坐标系中的第一运动轨迹；S3、将第一运动轨迹转化为焊枪在机器人世界坐标系中的第二运动轨迹，确定第二运动轨迹的任意位置处机器人各关节的关节角度，基于机器人各关节的关节角度对焊缝控制机器人进行焊接；其中，所述焊接模式包括：摆动停止模式和运动停止模式；摆焊周期参数包括：摆焊运动总时间Ttotal、波峰驻留时间Ttop、波谷驻留时间Tbot、摆焊频率f、摆动幅值A；通信周期时间Td。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，韩愈，陈卫彬，李景银，花磊，孙宏伟，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，江苏杰瑞科技集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32