[发明专利]一种弧焊机器人空间圆弧摆焊插补方法

说明书

本发明公开了一种弧焊机器人空间圆弧摆焊插补方法，该方法在空间圆弧线插补方法的基础上，得到在圆柱面和平面上交替摆动的焊接轨迹，采用“L”型摆焊的方式，焊接轨迹在圆柱表面和平面之间交替进行，由于轨迹的起点终点和圆弧轨迹所在的平面都是通过示教确定的，所以底部的平面板件可以是空间的任意姿态，可以对摆焊轨迹进行加减速规划，从而得到很好的摆焊性能。

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，特别涉及一种弧焊机器人空间圆弧摆焊插补方法。

背景技术

现有的机器人摆焊工艺研究中，《弧焊机器人摆焊方法的研究》提出了五点图形示教摆焊的方法，该方法只能用于直线插补，工艺性能一般。《空间焊缝摆动轨迹的插补算法》设计了一种空间焊缝摆动轨迹的插补算法，该方法可以对空间直线和空间圆弧进行直线摆动焊接的插补，该算法无法引入速度规划，欠缺实际工艺的考虑。

现实工程中应用更为广泛的是圆筒焊件和平板焊件的焊接，采用摆焊可以得到比传统的简单圆弧得到更好的焊接性能，焊接更加牢固。中国专利CN201610219466.X公开了一种焊接圆弧焊缝的空间三角摆焊方法，该方法为机器人焊枪沿着圆弧焊缝方向做连续的空间三角形摆动，并不断向前移动，从而实现空间圆弧焊缝的三角摆动焊接，在运动内核上层进行插补规划，利用直线拟合圆弧焊缝的空间焊接路径，适用于圆柱体与平板之间的空间圆弧形焊缝的三角摆焊接。但是其工艺性能有明显缺陷，图1是其三角摆焊轨迹截面图，从图中可以看出焊接路径并不贴合焊缝，焊枪和焊缝之间有一段距离，焊料不能充分填充焊缝容易导致焊接不够牢固，并且由于焊缝余高过高会导致局部应力集中，容易导致焊接部位变形。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种弧焊机器人空间圆弧摆焊插补方法，采用在圆柱面和平板面之间进行“L”型摆焊的方式，焊接轨迹在圆柱表面和平板平面之间交替进行，焊接轨迹总是紧贴焊件表面，并且能与焊缝圆弧相交，这种焊接路径使得焊料和焊缝接触更加均匀，减小应力集中使得焊接更加可靠，并且由于焊接轨迹的起点终点和圆弧轨迹所在的平面都是通过示教确定的，所以底部的平面板件可以是空间的任意姿态。本发明还提供了一种精度高的正弦线插补方法，可以对摆焊轨迹进行加减速规划，从而能得到更佳的摆焊性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种弧焊机器人空间圆弧摆焊插补方法，用于平板焊件与圆柱形焊件的焊接，摆焊轨迹在平板面和圆柱面之间交替进行并且总是紧贴焊件表面，具体包括以下步骤：

A.通过机器人示教确定以下参数：焊接起点P_s＝(x_s，y_s，z_s)，焊接终点P_e＝(x_e，y_e，z_e)，圆弧中间参考点P_m＝(x_m，y_m，z_m)，三点不共线，确定圆弧机器人基坐标系原点为(0，0，0)，圆弧所在平面即平板所在的平面，圆柱面与之垂直；

B.获得圆柱面上的插补点坐标和平板面上的插补点坐标：

a)根据示教的三个点P_s、P_m、P_e，计算出圆弧的半径r、起点对应圆心角α、圆弧长L以及基坐标系{B}到圆弧平面坐标系{U}的变换矩阵

b)设平板面摆焊轨迹上的点为P'，圆柱面摆焊轨迹上的点为P”，摆焊轨迹曲线的函数为y＝f(x)，摆焊轨迹曲线弧长公式为l＝l(x)，在任何时刻圆弧上总有一个点P与P'对应，二者之间距离最短，PP'连线垂直于圆弧的切线，P、P'和圆心O共线；以圆弧上的点P为原点建立坐标系{V}，x轴与圆弧切线共线，指向插补前进方向，y轴指向PP'方向，坐标系{V}的x轴和圆弧坐标系{U}的x轴之间的夹角为ω，ω∈[0,2π]；坐标系{U}先绕z轴旋转ω，再沿y轴平移r得到坐标系{V}，ω在大小上等于OP连线与坐标系{U}y轴的夹角：