[发明专利]一种工业机器人空间相贯曲线焊接离线编程方法

说明书

本发明公开了一种工业机器人空间相贯曲线焊接离线编程方法，包括：首先导入弧焊机器人和焊接工件三维模型，通过鼠标拾取形成焊缝的周边两曲面，在工件坐标系内创建截平面组，提取焊缝节点位姿信息；根据节点位姿沿焊缝曲线实现位置和姿态离散化，再经坐标转换实现焊缝轨迹规划；通过机器人运动学逆解得到机器人运动过程中所需的关节角序列，实现运动仿真；最后按照对应机器人运动控制程序代码编写的语言规则生成相应的程序文件。本发明采用开源的VTK可视化工具库实现了离线编程的自主开发，不依赖于第三方CAD软件，仅需通过鼠标拾取即可生成焊缝轨迹，无需经过繁琐的外部数据计算和导入过程，人机交互性良好，能快速生成所需机器人程序。

技术领域

本发明涉及一种工业机器人空间相贯曲线焊接离线编程方法，属于工业机器人焊接技术领域。

背景技术

在焊接工业领域，存在许多不同形状管件相互交叉的结构，形成复杂的空间相贯曲线焊缝，这类空间曲线焊接加工任务在汽车、船舶、石油、钢结构、各类压力容器等制造行业广泛存在。对于复杂的空间曲线焊接，弧焊机器人示教编程不仅占用大量的时间，而且难以保证理想的焊枪位姿。为克服示教编程效率低、质量难以保证的缺点，研究机器人离线编程技术在复杂相贯曲线焊接领域的应用有重要的意义。

目前，针对复杂曲线焊接的离线编程应用方法主要有三类，第一类方法是直接依托国外成熟的离线编程软件进行应用。仲德平等人在焊接设备与材料，2018，47(1)：45-49上发表的文章“基于RobotStudio的机器人曲面厚板焊接离线编程”利用RobotStudio自动创建了针对ABB弧焊机器人的曲线焊缝路径离线程序，实现了船舶厚板焊接的应用；曲兵兵等人在煤矿机械，2016，37(4)：50-52上发表的文章“基于Roboguide的弧焊机器人离线编程研究”利用Roboguide离线编程软件实现了FANUC弧焊机器人的离线编程应用。RobotStudio、Roboguide可依据工件模型自动生成精度很高的机器人程序，但国外软件由于具有商业性质，产品价格昂贵，技术开放性很低，且仅支持自身厂商生产的机器人，不具备通用性，无法应用于国产机器人的离线编程开发。

第二类方法是利用通用的三维CAD建模软件提供的API接口进行二次开发。中国发明专利“基于三维建模软件实现工业机器人离线编程的方法”(授权公告号CN103085072B)，公布了一种基于三维建模软件实现工业机器人离线编程的方法，其方法是在三维建模软件环境下，使用支持COM/OLE等三维建模软件API接口，获取空间线条和三维模型的空间矩阵数据，建立机器人虚拟数学模型，生成机器人运动轨迹，实现工业机器人的离线编程。但该方法需要通过外部接口输入空间曲线和机器人控制数据，缺乏依据工件模型自主生成轨迹的功能。

中国发明专利申请“一种机器人离线编程的构建方法”(申请公布号CN106914896A),公布了一种基于三维设计软件环境下的机器人离线编程构建方法，其方法是应用Solidworks API二次开发及VC++编程语言，开发了Solidworks8环境下运行的工业机器人离线编程系统，由于其机器人任务点的位姿信息需借助Solidworks API函数接口来提取，因此对计算机性能要求较高，运行耗时，同时由于自主开发的灵活性受到Soldiwroks软件接口的局限，缺乏良好的人机交互性。

第三类方法是应用OpenGL为代表的开放交互式仿真环境进行自主研发。石磊等人在焊接学报，2015，36(6)：5-8上发表的文章“主管旋转式相贯曲线自动焊接模型与仿真”采用空间解析几何法计算主管相贯焊接模型，模型精确且计算效率高，但依赖于曲线的解析表示式，且仅针对特定形式的相贯曲线，无法解决不规则工件形成复杂焊缝曲线的形态。邢继生等人在机器人，2017，39(1)：111-118上发表的文章“基于工件模型的工业机器人自动编程系统”提出，在OpenGL和VRML的基础上，采用工件模型的DXF文件自动提取方法构建了机器人自动编程软件，为目前国内较为先进的人机交互式系统，系统支持常见工业复杂曲线的编程，但其缺点是不支持DXF以外的其他工件模型格式，且曲线路径点的姿态缺乏融合周围实体的信息。