或焊缝起点侧边，开始位姿运动到焊缝点之间的运动轨迹不存在障碍物干涉；结束位置即 焊接过程结束时焊枪停留的位置，结束位置位于灭弧位置或者灭弧位置的侧边，灭弧位置 运动和结束位置之间的运动轨迹不存在障碍物干涉，结束位置和待机位姿之间的运动轨迹 不存在障碍物干涉。
[0092] S3、将第一运动轨迹转化为焊枪在机器人世界坐标系中的第二运动轨迹。焊枪末 端到机器人末端的结构可以看成是刚体结构，因此焊枪末端到机器人末端存在确定的刚性 连接的平面映射关系。实现工具坐标系到焊枪末端的坐标系变换可以间接的用工具坐标系 到机器人世界坐标系变换来表示，工具坐标系到机器人世界坐标系可以通过如下关系式进 行变换·
[0093]
[0094] 式中，P。是焊缝起点在机器人世界坐标系中的坐标，X。、Y。、Z。是工具坐标系中任意 一点Μ在X轴、Y轴、Z轴的坐标值，X'、Y<、Z<是点Μ在机器人世界坐标系的X轴、Y轴、 Ζ轴的坐标值。
[0095] 根据第二运动轨迹，确定第二运动轨迹任意位置处机器人各关节的关节角度，基 于机器人各关节的关节角度对焊缝控制机器人进行焊接。优选地，步骤S3之前进一步包 括：依据待机位姿、开始位姿和结束位置移动机器人和焊枪。为了准确控制焊枪的运动轨 迹，焊枪上还可以设置焊缝追踪单元，用于获取焊枪的运动轨迹以及焊缝的位置，以便于实 时调整焊枪的运动轨迹，防止焊枪的运动轨迹偏离焊缝。
[0096] 与现有技术相比，本发明能够准确控制机器人和焊枪在摆动弧焊过程中的运动轨 迹，实现船用Τ型材平焊和船用Τ型材立焊的自动化焊接，焊接效率高、安全性好、适用范围 广。
[0097] 虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限 于文中详细描述和示出的【具体实施方式】，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本 领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。
【主权项】
1. 一种机器人在船用T型材摆动弧焊的运动控制方法，包括： 51、 选取焊缝所在平面建立工具坐标系，基于焊缝起点坐标确定焊枪的起弧位置、基于 焊缝终点坐标确定焊枪的灭弧位置； 52、 依据所述起弧位置、所述灭弧位置以及预设的焊接模式、摆焊周期参数，确定焊枪 在所述工具坐标系中的第一运动轨迹； 53、 将第一运动轨迹转化为焊枪在机器人世界坐标系中的第二运动轨迹，确定第二运 动轨迹的任意位置处机器人各关节的关节角度，基于机器人各关节的关节角度对焊缝控制 机器人进行焊接； 其中，所述焊接模式包括：摆动停止模式和运动停止模式；摆焊周期参数包括：摆焊运 动总时间Ttotal、波峰驻留时间Ttop、波谷驻留时间Tbc]t、摆焊频率f、摆动幅值A;通信周期时 间Td。2. 如权利要求1所述的运动控制方法，其中，AXf〈30、L/Ttotal〈l;A为摆动幅值，单位 为：m;Ttotal为摆焊运动总时间，单位为：min;L为焊缝长度，单位为：m;Td单位为：min，且Td 能整除Ttotal。3. 如权利要求2所述的运动控制方法，步骤S1中采用三点法示教焊缝所在平面；其 中，以焊缝起点作为第一点化、焊缝终点作为第二点Q2、焊缝所在平面上任意一不在焊缝上 的点作为第三点Q3，且向量与向量_满足右手螺旋法则。4. 如权利要求3所述的运动控制方法，其中，步骤S1中所述选取焊缝所在平面建立坐 标系包括： 以第一点仏作为原点、所述平面的法向量^作为2轴、向量_的方向作为￥轴 野、向量函7和向量逐戸的外积这叉作为X轴建立工具坐标系，以向量这歹、向量函7和向 量泛T作为工具坐标系的基向量；其中，式中，L为焊缝长度，单位为：m;Qlx、Qly、Qlz分别为点Q在X轴、Y轴和Z轴的坐标值， 屯、Q2y、屯分别为点Q2在X轴、Y轴和Z轴的坐标值，Q3x、Q3y、Q3z分别为点Q3在X轴、Y轴 和Z轴的坐标值。5. 如权利要求4所述的运动控制方法，其中， 所述焊接模式为摆动停止模式，机器人总运动点数N=Ttotal/Td，计算机器人沿焊缝运 动步长len=L/N，运动周期时间T=Ι/f; 机器人焊接过程中实现正弦摆动，Ttop= 0,Tbc]t= 0 ;机器人第i个运动点P三维空 间坐标为：式中，Plx、Ply、Plz分别为点P1在X轴、Y轴和Z轴的坐标值。6. 如权利要求4所述的运动控制方法，其中，所述焊接模式为摆动停止模式，机器人总 运动点数N=Ttotal/Td，计算机器人沿焊缝运动步长len=L/N，运动周期时间T=Ι/f; 机器人焊接过程中实现三角摆动，Ttop= 0,Tbc]t= 0 ;机器人第i个运动点P三维空 间坐标为： Ply= (i-1)XlenPlz= 〇 式中，N，fl〇〇r[(l/fV(4XTd)] ;N，2=fl〇〇r(Ttop/Td) ;N，3=N，1;Plx、Ply、Plz分别为点P在X轴、Y轴和Z轴的坐标值。7. 如权利要求4所述的运动控制方法，其中，所述焊接模式为摆动停止模式，机器人总 运动点数N=Ttotal/Td，计算机器人沿焊缝运动步长len=L/N，运动周期时间T=Ι/f; 机器人焊接过程中实现梯形摆动，Ttop=tpTbc]t= 12;机器人第i个运动点Pi的三维 空间坐标为：Ply= (i-1)Xlen Plz= 〇 式中，N"ffloorliCr-tftJ/GXOihN"ffloorU/Td)#" 3=2N" 1;N" 4 =floor(t2/Td) ;N"5=N"i;Plx、Ply、Plz分别为点P在X轴、Y轴和Z轴的坐标值；t渴 预设或手动设置的波峰驻留时间Ttop、t2是预设或手动设置的波谷驻留时间TbC]t。8. 如权利要求4所述的运动控制方法，其中，所述焊接模式为运动停止模式，机器人总 运动点数N=Ttotal/Td，计算机器人沿焊缝运动步长len=L/N，运动周期时间T=Ι/f;周 期数knOTe=floor(TtotalXf);沿焊缝运动的点数m=floor[knOTeX(T-Ttop-Tbcit)/Td]; 机器人焊接过程中实现三角摆动，Ttop=t 12;第i个点Pi的三维空间坐标为：plz=ο 式中，N" 'FfloorliCr-tftJ/GXOihN" 'ffloorUi/X)#" ' 3 = 2N"，1;N"，4=fl〇〇r(t2/Td);N"' 5=N"，，…卩…卩以分别为点卩在父轴^轴 和Z轴的坐标值；Pu1)y为点Puυ在Y轴的坐标值；ti是预设或手动设置的波峰驻留时间 Ttop、t2是预设或手动设置的波谷驻留时间Tbc]t。9. 如权利要求1所述的运动控制方法，其中， 步骤S2进一步包括： 依据所述起弧位置和所述灭弧位置，确定待机位姿、开始位姿、结束位置； 步骤S3之前进一步包括： 依据所述待机位姿、所述开始位姿和所述结束位置移动机器人和焊枪； 其中， 待机位姿即焊枪进入工作状态时焊枪停留的位置和机器人的姿态；待机位姿的在焊缝 上方，待机位姿与开始位姿和结束位置之间的运动轨迹不存在障碍物干涉； 开始位姿即焊接过程开始时焊枪停留的位置和机器人的姿态；开始位姿选择位于焊缝 起点上或焊缝起点侧边，开始位姿运动到焊缝点之间的运动轨迹不存在障碍物干涉； 结束位置即焊接过程结束时焊枪停留的位置，结束位置位于灭弧位置或者灭弧位置的 侧边，灭弧位置运动和结束位置之间的运动轨迹不存在障碍物干涉，结束位置和待机位姿 之间的运动轨迹不存在障碍物干涉。10.如权利要求1-9任一所述的运动控制方法，其中，焊枪与机器人位于所述平面的同 一侧。
【专利摘要】公开了一种机器人在船用T型材摆动弧焊的运动控制方法，包括：选取焊缝所在平面建立工具坐标系，基于焊缝起点坐标确定焊枪的起弧位置、基于焊缝终点坐标确定焊枪的灭弧位置；依据所述起弧位置、所述灭弧位置以及预设的焊接模式、摆焊周期参数，确定焊枪在所述工具坐标系中的第一运动轨迹；将第一运动轨迹转化为焊枪在机器人世界坐标系中的第二运动轨迹，确定第二运动轨迹的任意位置处机器人各关节的关节角度，基于机器人各关节的关节角度对焊缝控制机器人进行焊接。本发明能够准确控制机器人和焊枪在摆动弧焊过程中的运动轨迹，实现船用T型材平焊和船用T型材立焊的自动化焊接，焊接效率高、安全性好、适用范围广。
【IPC分类】B23K9/022, B23K9/095
【公开号】CN105252110
【申请号】CN201510786763
【发明人】李帅, 韩愈, 陈卫彬, 李景银, 花磊, 孙宏伟
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一六研究所, 江苏杰瑞科技集团有限责任公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月16日