一种相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法及系统技术方案

本发明专利技术属于自动焊接控制技术领域，提供了一种相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法及系统。该方法包括，获取相贯参数、坡口工艺参数和系统参数；构建管管相贯结构的数学模型，根据管管相贯结构的数学模型，得到相贯支管带单边Y形坡口的数学模型；根据相贯支管带单边Y形坡口的数学模型，结合相贯参数、坡口工艺参数和系统参数，确定坡口向量与钝边向量，经过空间齐次变换，得到机器人末端工具的轨迹与姿态，以及变位机协同运动下的旋转位移。本发明专利技术根据用户输入的相贯接头CAD模型参数以及坡口相关的工艺参数，自动地计算变位机协同下机器人的加工轨迹及工具姿态，提高加工的精度与效率，降低工件的废品率。降低工件的废品率。降低工件的废品率。

【技术实现步骤摘要】
一种相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法及系统


[0001]本专利技术属于自动焊接控制
，尤其涉及一种相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在化工、水利、消防等管道工程应用中，管道相贯接头的切割与焊接是一项非常繁重的任务。在上述应用中，作为液态或气态介质的中转、集流中枢，相贯接头的气密性和耐高压性测试标准非常严格，这就对相贯接头的焊接质量提出了较高的要求。作为相贯接头焊接的前期准备工作，相贯支管的切割与后期处理技术会直接影响到装夹误差以及焊接的质量。为了保证管道结合处的气密性和耐高压性，主支管之间采用“骑坐式”的连接方式(如图1a)，该方式对支管切割的精度以及切面的处理技术要求较高。
[0004]由于坡口工艺与加工轨迹的复杂性，当前支管相贯线的切割主要依赖人工，其切割精度低、操作要求高，进而导致相贯线切割普遍存在精度差、效率低等问题，给相贯接头的焊接带来了巨大的挑战。随着智能制造及机器人技术的发展，机器人在各个加工行业迅速普及，机器人切割具有精度高、适应恶劣的生产环境等优点，在上述行业应用中具有广阔的前景。
[0005]常见的切面处理技术包括V形坡口、Y形坡口、J形坡口等。根据加工成本、焊接质量的要求以及是否易于实现自动化加工等因素，单边Y形坡口是支管相贯线加工最理想的表面处理技术。因此，在加工之前需要对支管带单边Y形坡口进行精确建模，并对机器人加工路径进行规划。<br/>
技术实现思路

[0006]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法及系统，其根据用户输入的相贯接头CAD模型参数以及坡口相关的工艺参数，自动地计算变位机协同下机器人的加工轨迹及工具姿态，提高加工的精度与效率，降低工件的废品率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面提供一种相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法。
[0009]一种相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法，包括：
[0010]获取相贯参数、坡口工艺参数和系统参数；
[0011]构建管管相贯结构的数学模型，根据管管相贯结构的数学模型，得到相贯支管带单边Y形坡口的数学模型；根据相贯支管带单边Y形坡口的数学模型，结合相贯参数、坡口工艺参数和系统参数，确定坡口向量与钝边向量，经过空间齐次变换，得到机器人末端工具的轨迹与姿态，以及变位机协同运动下的旋转位移。
[0012]进一步地，所述坡口工艺参数包括坡口母线、坡口角和钝边高度。
[0013]进一步地，所述坡口向量为单位矢量并平行于坡口母线，所述钝边向量为单位矢量并平行于钝边母线。
[0014]进一步地，所述系统参数为机器人基坐标系与主管坐标系的空间关系。
[0015]进一步地，所述机器人末端工具的轨迹与姿态为：
[0016][0017]其中，为系统参数，α
p
为变位机协同运动下的旋转位移。
[0018]更进一步地，所述变位机协同运动下的旋转位移为
[0019]α
p
＝β3‑
θ
[0020]参数β3为支管偏向机器人的角度，根据机器人的工作姿态选取，取值范围为θ为旋转角。
[0021]本专利技术的第二个方面提供一种相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工系统。
[0022]一种相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工系统，包括：
[0023]数据获取模块，其被配置为：获取相贯参数、坡口工艺参数和系统参数；
[0024]自动规划模块，其被配置为：构建管管相贯结构的数学模型，根据管管相贯结构的数学模型，得到相贯支管带单边Y形坡口的数学模型；根据相贯支管带单边Y形坡口的数学模型，结合相贯参数、坡口工艺参数和系统参数，确定坡口向量与钝边向量，经过空间齐次变换，得到机器人末端工具的轨迹与姿态，以及变位机协同运动下的旋转位移。
[0025]本专利技术的第三个方面提供一种机器人和变位机协同加工系统。
[0026]一种机器人和变位机协同加工系统，采用第一个方面所述的相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法。
[0027]本专利技术的第四个方面提供一种计算机可读存储介质。
[0028]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法中的步骤。
[0029]本专利技术的第五个方面提供一种计算机设备。
[0030]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一个方面所述的相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法中的步骤。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术提供了一种相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法及系统，本专利技术摒弃了传统的手工加工方式和繁琐的机器人示教操作，实现了相贯支管单边Y形坡口切割作
业的自动化。本专利技术将工人在恶劣、繁重的切割环境中解放出来，提高加工效率的同时保证了相贯支管加工的精度，能够有效地改善后期的焊接质量。
附图说明
[0033]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0034]图1a为本专利技术示出的支管“骑坐式”连接示意图；
[0035]图1b为本专利技术示出的支管“内插式”连接示意图；
[0036]图2a为本专利技术示出的相贯模型示意图；
[0037]图2b为本专利技术示出的移动特征平面示意图；
[0038]图3a为本专利技术示出的支管带单边Y形坡口模型主视图；
[0039]图3b为本专利技术示出的支管带单边Y形坡口模型侧视图；
[0040]图4a为本专利技术示出的坡口向量计算示意图；
[0041]图4b为本专利技术示出的工具位姿计算示意图；
[0042]图5为本专利技术示出的相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法的流程图。
具体实施方式
[0043]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0044]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0045]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0046]需要注意的是，附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法，其特征在于，包括：获取相贯参数、坡口工艺参数和系统参数；构建管管相贯结构的数学模型，根据管管相贯结构的数学模型，得到相贯支管带单边Y形坡口的数学模型；根据相贯支管带单边Y形坡口的数学模型，结合相贯参数、坡口工艺参数和系统参数，确定坡口向量与钝边向量，经过空间齐次变换，得到机器人末端工具的轨迹与姿态，以及变位机协同运动下的旋转位移。2.根据权利要求1所述的相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法，其特征在于，所述坡口工艺参数包括坡口母线、坡口角和钝边高度。3.根据权利要求1所述的相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法，其特征在于，所述坡口向量为单位矢量并平行于坡口母线，所述钝边向量为单位矢量并平行于钝边母线。4.根据权利要求1所述的相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法，其特征在于，所述系统参数为机器人基坐标系与主管坐标系的空间关系。5.根据权利要求1所述的相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法，其特征在于，所述机器人末端工具的轨迹与姿态为：其中，为系统参数；α
p
为变位机协同运动下的旋转位移；符号R
Y
(α
p
)表示绕轴Y的旋转矩阵，旋转角为α
p
；齐次变换矩阵表示为6.根据权利要求5所述的相贯支管单边Y形坡口机器人自动加工方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘燕，唐秋，田新诚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：