专利名称：一种针对圆柱体相贯线焊缝的通用弧焊机器人示教方法
技术领域：
本发明涉及一种通用弧焊机器人示教方法，特别是针对圆柱体相贯线焊缝的通用 弧焊机器人的示教方法。
背景技术：
在容器封头、容器插管以及管道插接等焊接任务中大量涉及圆柱体相贯线焊缝， 该类焊缝是典型的复杂空间焊缝。对于目前的通用弧焊机器人系统而言，要完成圆柱体相 贯线焊缝的焊接，一般方法是通过示教相贯线上的若干离散点进行直线插补或圆弧插补， 但示教点个数和轨迹插补精度两者之间存在矛盾。若示教点个数多，则示教效率低，轨迹插 补精度高；若示教点个数少，则示教效率高，轨迹插补精度低。为了克服上述矛盾，迫切需要 一种针对圆柱体相贯线焊缝的通用弧焊机器人示教方法，通过减少示教点个数提高示教效 率，同时需要保证圆柱体相贯线焊缝轨迹插补精度和焊接质量，以满足相关的产业需求和 市场竞争。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对圆柱体相贯线焊缝的通用弧焊机器人示教方法， 可适用于对心垂直相交、对心斜相交、偏心垂直相交和偏心斜相交四类圆柱体相贯线。该方 法采用在线示教四个特征点的方法完成圆柱体相贯线焊缝工件坐标系标定，通过圆柱体相贯 线焊缝轨迹插补算法，提高弧焊机器人用于圆柱体相贯线焊接任务的工作效率和焊接质量。为实现上述目的，本发明采取的解决方案是在线示教圆柱体相贯线焊缝工件上 的四个特征点，建立工件坐标系相对于机器人基坐标系的位姿变换矩阵，实现圆柱体相贯 线焊缝工件坐标系标定，通过相应的插补算法生成机器人基坐标系下的圆柱体相贯线离散 点坐标及相应的焊枪姿态，进而实现圆柱体相贯线焊缝轨迹生成及焊枪姿态拟合，使得弧 焊机器人能够以更高的工作效率和焊接质量完成圆柱体相贯线焊缝的焊接任务。采用本发明的优势在于弧焊机器人示教点个数少，示教效率高，圆柱体相贯线焊 缝轨迹插补精度高，可适应四种不同类型圆柱体相贯线焊缝的焊接需求，适应性强。
下面结合附图对本发明作进一步描述图1是本发明涉及的复杂程度最高的偏心斜相交圆柱体相贯线焊缝工件的通用 弧焊机器人示教方法原理示意图。在图1中1.特征点1 ；2.特征点2 ；3.特征点3 ；4.特征点4 ；5.工件坐标系原 点。X.工件坐标系X轴；· Y.工件坐标系X轴；Z.工件坐标系Z轴。
具体实施例方式下面针对图1所示的偏心斜相交圆柱体相贯线焊缝工件，阐述本发明的具体方法。参见图1，首先标识圆柱体相贯线焊缝工件上的四个特征点1、2、3和4，操作弧焊 机器人依次到达上述特征点位置并示教各特征点在基坐标系下的坐标值。根据特征点1、2 和3确定工件坐标系的原点5和Y轴，根据特征点3和4确定X和Z轴，从而建立工件坐标 系相对于基坐标系的位姿变换矩阵，实现圆柱体相贯线焊缝工件坐标系标定。在工件坐标系下，根据圆柱体相贯线焊缝轨迹的极坐标解析方程和相应的插补算 法生成机器人基坐标系下的圆柱体相贯线离散点坐标，实现圆柱体相贯线焊缝轨迹插补， 并基于相贯线上任意点的切线与过该点的两个圆柱切平面的交线重合的特性，计算每个圆 柱体相贯线焊缝轨迹插补点对应的焊枪姿态，进而实现圆柱体相贯线焊缝轨迹的焊枪姿态 拟合，使得弧焊机器人能够以更高的工作效率和焊接质量完成圆柱体相贯线焊缝的焊接任 务。在上述方法中，弧焊机器人示教点个数仅为四个，示教效率高，圆柱体相贯线焊缝 轨迹插补精度高，可适应四种不同类型圆柱体相贯线焊缝的焊接需求，适应性强。圆柱体相 贯线焊缝工件坐标系标定结果可用于机器人离线编程。
权利要求
1.一种针对圆柱体相贯线焊缝的通用弧焊机器人示教方法，其特征在于仅需要通过 操作机器人在线示教圆柱体相贯线焊缝工件上最少四个特征点，即可建立工件坐标系相对 于机器人基坐标系的位姿变换矩阵，实现圆柱体相贯线焊缝工件坐标系标定；通过圆柱体 相贯线焊缝轨迹插补算法和焊枪姿态拟合算法，实现圆柱体相贯线焊缝轨迹生成及焊枪姿 态拟合，使得弧焊机器人能够以更高的工作效率和焊接质量完成圆柱体相贯线焊缝的焊接 任务。
2.根据权利要求1所述的圆柱体相贯线焊缝轨迹插补算法和焊枪姿态拟合算法，其特 征在于根据圆柱体相贯线焊缝轨迹的极坐标解析方程和相应的插补算法生成机器人基坐 标系下的圆柱体相贯线离散点坐标，实现圆柱体相贯线焊缝轨迹插补，同时基于相贯线上 任意点的切线与过该点的两个圆柱切平面的交线重合的特性，计算每个圆柱体相贯线焊缝 轨迹插补点对应的焊枪姿态，进而实现圆柱体相贯线焊缝轨迹的焊枪姿态拟合。
3.根据权利要求1所述的圆柱体相贯线焊缝的通用弧焊机器人示教方法，可用于对心 垂直相交、对心斜相交、偏心垂直相交和偏心斜相交这四类圆柱体相贯线焊缝工件的焊接。
全文摘要
本发明涉及一种针对圆柱体相贯线焊缝的弧焊机器人示教方法，可适用于对心垂直相交、对心斜相交、偏心垂直相交和偏心斜相交四类圆柱体相贯线焊缝。该方法通过操作机器人在线示教圆柱体相贯线焊缝工件上的四个特征点，建立工件坐标系相对于机器人基坐标系的位姿变换矩阵，实现圆柱体相贯线焊缝工件坐标系标定，通过相应的插补算法生成机器人基坐标系下的圆柱体相贯线离散点坐标及相应的焊枪姿态，进而实现圆柱体相贯线焊缝轨迹生成及焊枪姿态拟合。本发明使得弧焊机器人在圆柱体相贯线焊缝焊接任务中仅需示教四个特征点，示教效率高，轨迹插补精度高，适应性强，能够大大提高弧焊机器人用于圆柱体相贯线焊接任务的工作效率和焊接质量。
文档编号B23K9/02GK102069267SQ20111002907
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者侯润石, 王胜华, 艾文学, 高喜飞, 魏秀权 申请人:杭州凯尔达电焊机有限公司