機(jī)器人在船用t型材擺動弧焊的運動控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及船用Τ型材弧焊的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人在船用Τ型材擺動 弧焊的運動控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以下對本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)背景進(jìn)行說明，但這些說明并不一定構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有 技術(shù)。
[0003] 根據(jù)相關(guān)資料，焊接工作量占據(jù)了船體建造總工程量的30%到40%，焊接成本占 據(jù)船體建造總成本的30%到50%，焊接所需要的工時占船體建造總工時的40%。在一些 工業(yè)發(fā)達(dá)國家，比如日本，船舶焊接的自動化平均水平已達(dá)70%~80%。目前，我國的船舶 焊接基本還是以工人為主的手動焊接方式，自動化程度只有20%~30%。以大連造船廠為 例，大連造船廠是我國最大的造船廠，生產(chǎn)了包括遼寧號在內(nèi)的眾多軍用、民用大型船舶， 在我國船舶行業(yè)內(nèi)非常具有代表性。大連造船廠的焊接工作目前仍然是以人工為主，其中Τ 型材對口焊的工作仍然是以人工焊接為主，這種焊接方式的焊接效率低，容易出工傷事故。
[0004] 船舶自動化焊接領(lǐng)域是機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的一大熱點，但是活躍在自動化焊接領(lǐng)域 的70%以上的設(shè)備廠商都是"四大家族"的設(shè)備，核心技術(shù)封閉，接口不開放，價格昂貴。而 國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)器人焊接技術(shù)很難在船廠得到推廣和應(yīng)用。國外的廠商致力于通用的自動化 焊接設(shè)備，如安川焊接機(jī)器人，產(chǎn)品已經(jīng)成熟，并在世界的范圍內(nèi)推廣，但是由于船用焊接 的型材的特殊性，并沒有在我國的船用焊接設(shè)備中得到大面積推廣和應(yīng)用。
[0005] 因此，現(xiàn)有技術(shù)中需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動化焊接的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提出一種六軸工業(yè)機(jī)器人在船用Τ型材擺動弧焊的方法，能夠 實現(xiàn)船用Τ型材平焊和船用Τ型材立焊的自動化焊接，焊接效率高、安全性好、適用范圍廣。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的六軸工業(yè)機(jī)器人在船用Τ型材擺動弧焊的方法，包括：
[0008]S1、選取焊縫所在平面建立工具坐標(biāo)系，基于焊縫起點坐標(biāo)確定焊槍的起弧位置、 基于焊縫終點坐標(biāo)確定焊槍的滅弧位置；
[0009]S2、依據(jù)所述起弧位置、所述滅弧位置以及預(yù)設(shè)的焊接模式、擺焊周期參數(shù)，確定 焊槍在所述工具坐標(biāo)系中的第一運動軌跡；
[0010] S3、將第一運動軌跡轉(zhuǎn)化為焊槍在機(jī)器人世界坐標(biāo)系中的第二運動軌跡，確定第 二運動軌跡的任意位置處機(jī)器人各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度，基于機(jī)器人各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度對焊縫 控制機(jī)器人進(jìn)行焊接；
[0011] 其中，所述焊接模式包括：擺動停止模式和運動停止模式；擺焊周期參數(shù)包括：擺 焊運動總時間Ttotal、波峰駐留時間Ttop、波谷駐留時間Tbc]t、擺焊頻率f、擺動幅值A(chǔ);通信周 期時間Td。
[0012] 優(yōu)選地，六\代30、171^1〈14為擺動幅值，單位為：111;1^ 1為擺焊運動總時間，單 位為：min;L為焊縫長度，單位為：m山單位為：min，且Td能整除Ttotal。
[0013] 優(yōu)選地，步驟S1中采用三點法示教焊縫所在平面；其中，以焊縫起點作為第一點 Qi、焊縫終點作為第二點Q2、焊縫所在平面上任意一不在焊縫上的點作為第三點Q3，且向量 與向量滿足右手螺旋法則。
[0014] 優(yōu)選地，步驟S1中所述選取焊縫所在平面建立坐標(biāo)系包括：
[0015] 以第一點仏作為原點、所述平面的法向量硬作為Z軸、向量g的方向作為Y 軸@、向量0和向量gF的外積@作為1軸建立工具坐標(biāo)系，以向量§歹、:向量^· 和向量β尤作為工具坐標(biāo)系的基向量；其中，
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 式中，L為焊縫長度，單位為：m;Qlx、Qly、Qlz分別為點Q在X軸、Υ軸和Ζ軸的坐標(biāo) 值，Q2x、Q2y、Q2z分別為點Q2在X軸、Y軸和Z軸的坐標(biāo)值，Q3x、Q3y、Q3z分別為點Q3在X軸、Y 軸和Z軸的坐標(biāo)值。
[0021] 優(yōu)選地，所述焊接模式為擺動停止模式，機(jī)器人總運動點數(shù)N=Ttotal/Td，計算機(jī)器 人沿焊縫運動步長len=L/N，運動周期時間T=Ι/f;
[0022] 機(jī)器人焊接過程中實現(xiàn)正弦擺動，Ttop= 0,Tbc]t= 0 ;機(jī)器人第i個運動點Pi的三 維空間坐標(biāo)為：
[0023]
[0024] 式中，Plx、Ply、Plz分別為點P在X軸、Y軸和Z軸的坐標(biāo)值。
[0025] 優(yōu)選地，所述焊接模式為擺動停止模式，機(jī)器人總運動點數(shù)N=Ttotal/Td，計算機(jī)器 人沿焊縫運動步長len=L/N，運動周期時間T=Ι/f;
[0026]機(jī)器人焊接過程中實現(xiàn)三角擺動，Ttop= 0,Tbc]t= 0 ;機(jī)器人第i個運動點Pi的三 維空間坐標(biāo)為：
[0028] riy-\i~ijien
[0027]
[0029] Plz= 0
[0030]式中，Ν'i=floor[(l/f)/(4XTd)];N' 2=floor(Ttop/Td) ;N'3=Ν'i;Pix、 Ply、Plz分別為點P1在X軸、Y軸和Z軸的坐標(biāo)值。
[0031] 優(yōu)選地，所述焊接模式為擺動停止模式，機(jī)器人總運動點數(shù)N=Ttotal/Td，計算機(jī)器 人沿焊縫運動步長len=L/N，運動周期時間T=Ι/f;
[0032] 機(jī)器人焊接過程中實現(xiàn)梯形擺動，Ttop=tpTbc]t= 12;機(jī)器人第i個運動點P^勺 三維空間坐標(biāo)為：
[0033]
[0034]Piy= (i-1)Xlen
[0035] Plz= 0
[0036]式中，N"!=floor[(T-t「t2)/(4XTd)] ;N"2=floor(t/Td);N"3= 2N" 1; N" 4=fl〇〇r(t2/Td);N" 5=N"丄^…卩以分別為點卩在乂軸^軸和冗軸的坐標(biāo)值；h是預(yù)設(shè)或手動設(shè)置的波峰駐留時間Ttop、t2是預(yù)設(shè)或手動設(shè)置的波谷駐留時間Tbc]t。
[0037] 優(yōu)選地，所述焊接模式為運動停止模式，機(jī)器人總運動點數(shù)N=Ttotal/Td，計算機(jī)器 人沿焊縫運動步長len=L/N，運動周期時間T=Ι/f;周期數(shù)kmciTC=floor(TtotalXf);沿 焊縫運動的點數(shù)m=fl〇〇r[k_eX(T-Ttop-Tbcit)/Td];
[0038] 機(jī)器人焊接過程中實現(xiàn)三角擺動，Ttop=tpTbc]t= 12;第i個點Pi的三維空間坐 標(biāo)為：
[0039]
[0040]
[0041] Flz=?
[0042]式中，N"'floor[(T-t「t2)/(4XTd)] ;N"'2=floor(ti/X) ;N"'3= 2N"，1;N"，4=fl〇〇r(t2/Td);N"' 5=N"，，…卩…卩以分別為點卩在父軸^軸 和Z軸的坐標(biāo)值；Pu1)y為點Puυ在Y軸的坐標(biāo)值；ti是預(yù)設(shè)或手動設(shè)置的波峰駐留時間 Ttop、t2是預(yù)設(shè)或手動設(shè)置的波谷駐留時間Tbc]t。
[0043] 優(yōu)選地，步驟S2進(jìn)一步包括：
[0044] 依據(jù)所述起弧位置和所述滅弧位置，確定待機(jī)位姿、開始位姿、結(jié)束位置；
[0045] 步驟S3之前進(jìn)一步包括：
[0046] 依據(jù)所述待機(jī)位姿、所述開始位姿和所述結(jié)束位置移動機(jī)器人和焊槍；
[0047] 其中，
[0048] 待機(jī)位姿即焊槍進(jìn)入工作狀態(tài)時焊槍停留的位置和機(jī)器人的姿態(tài)；待機(jī)位姿的在 焊縫上方，待機(jī)位姿與開始位姿和結(jié)束位置之間的運動軌跡不存在障礙物干涉；
[0049] 開始位姿即焊接過程開始時焊槍停留的位置和機(jī)器人的姿態(tài)；開始位姿選擇位于 焊縫起點上或焊縫起點側(cè)邊，開始位姿運動到焊縫點之間的運動軌跡不存在障礙物干涉；
[0050] 結(jié)束位置即焊接過程結(jié)束時焊槍停留的位置，結(jié)束位置位于滅弧位置或者滅弧位 置的側(cè)邊，滅弧位置運動和結(jié)束位置之間的運動軌跡不存在障礙物干涉，結(jié)束位置和待機(jī) 位姿之間的運動軌跡不存在障礙物干涉。
[0051] 優(yōu)選地，焊槍與機(jī)器人位于所述平面的同一側(cè)。
[0052] 根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人在船用T型材擺動弧焊的運動控制方法，包括：選取焊縫所 在平面建立工具坐標(biāo)系，基于焊縫起點坐標(biāo)確定焊槍的起弧位置、基于焊縫終點坐標(biāo)確定 焊槍的滅弧位置；依據(jù)所述起弧位置、所述滅弧位置以及預(yù)設(shè)的焊接模式、擺焊周期參數(shù)， 確定焊槍在所述工具坐標(biāo)系中的第一運動軌跡；將第一運動軌跡轉(zhuǎn)化為焊槍在機(jī)器人世界 坐標(biāo)系中的第二運動軌跡，確定第二