一种基于模型的焊接机器人离线示教数据的获取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人离线示教技术，一种基于模型的焊接机器人离线示教数据的获取方法。
【背景技术】
[0002]专用的机器人离线示教过程是在专用离线示教软件中进行的，编写离线示教程序的人员需要掌握专用离线示教软件的操作技能，并且要具备熟练掌握机器人示教的专业知识以及熟练掌握焊接工艺，如果不具备上述专业技能和知识的人员，很难快速并准确地确定焊接示教点及焊接点上的焊接角度。
[0003]针对上述专业不熟练人员的示教工作，需要开发一种在常用的三维造型软件中建立焊接件模型，只需根据焊接工艺参数的要求就能准确、方便地对模型进行操作，确定示教点位置和焊接角度的一种基于模型的焊接机器人离线示教数据的获取方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是鉴于上述的需求，提供能在常用三维造型软件中，只需根据焊接工艺参数的要求就能准确方便地确定示教点位置和焊接角度的一种基于模型的焊接机器人离线示教数据的获取方法。
[0005]上述发明目的采用以下技术方案实现，本发明提供了一种基于模型的焊接机器人离线示教数据的获取方法，包括以下步骤:
(1)模型生成模块:在常用三维造型软件中，首先建立机器人坐标系，用ο-xyz表示，并在O-xyz中合适的位置，按照焊接件大小进行1:1建模，在三维软件中生成和焊接件相同的三维立体模型；
(2)理论示教线的建立模块:在上述步骤(I)模块中选取模型上的边线或者复制编辑边线创建符合焊接工艺要求的理论的焊缝示教线；
(3)拾取示教点位置模块:在上述步骤(2)模块中选择需要的焊缝示教线，在焊缝示教线上选择、编辑示教点的位置，确定焊缝上示教点的示教顺序；
(4)示教点位置坐标生成模块:对上述步骤(3)模块中的三维模型文件进行保存，并对保存的文件信息进行提取处理，就可以得到模型中选取的示教点的坐标值，用(X，y，z)形式表示，并按照示教点的示教导出示教点的坐标值；
(5)示教点焊接角度设定模块:针对上述步骤(3)模块中拾取的示教点，在获取示教点的坐标值的基础上，进一步设定每个示教点的焊接角度，包括工作角Θ和前进角Φ，可以采用图形操作法和数值输入法确定；
(6)示教点的示教数据生成模块:根据上述步骤(4)、(5)模块中选定的所有示教点的位置坐标值和焊接角度，通过矩阵运算，就可以得到每个示教点相对于机器人坐标系的示教数据，包括位置和姿态，以(X，y，z, u，v, w)形式保存下来，并按照示教点的示教顺序传送到机器人。
[0006]本发明提供了一种对于不熟悉焊接工艺和示教操作人员能快速并准确地获取焊接机器人离线示教数据的一种方法。
【附图说明】
[0007]图1:三维模型、示教线及示教点示意图；
图2:示教线为直线时示教点P处坐标系示意图；
图3:示教线为曲线时示教点P处坐标系示意图；
图4:图形操作法设定焊接工作角Θ示意图；
图5:图形操作法设定焊接前进角Φ示意图。
[0008]其中:1_机器人坐标系O-xyz ;2_焊接件模型；3_示教线；4_示教点；5_示教方向；6-教点P的坐标系P-xyz -J-手柄。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明。
[0010]本发明以常用的三维造型软件AutoCAD为例，说明本发明的具体的实施方式，包括如下步骤。
[0011](I)首先在三维模型中建立机器人坐标系，用o-xyz表示，如图1所示。在0_xyz的合适的位置，按照焊接件大小进行1:1建模，在三维软件中生成和焊接件相同的三维立体模型。
[0012](2)根据焊接工艺的要求，通过选取模型上的边线或者复制编辑边线的方法创建理论的焊缝示教线，理论的焊缝示教线是符合焊接工艺要求的，按照焊接过程中焊枪理论的焊接轨迹的要求来创建。
[0013](3)在建立的焊缝示教线上，通过画点的方法选取焊接示教点，画点可以手动选取，也可以利用线段等分的方法画点，同时可以对选取的示教点进行编辑调整，确定示教点的示教顺序，示教点及示教顺序确定之后保存模型文件，如保存为dxf格式。
[0014](4)对上述模型文件的信息进行提取处理，就可以得到模型中选取的示教点的坐标值，用(X，y, Z)形式表示，并按照示教点的示教顺序导出选取的所有示教点的坐标值。
[0015](5)在选取示教点后，进一步设定示教点上的焊接角度。
[0016]首先建立通过示教点P的坐标系ρ-xyz，用于确定示教点上相对于的坐标系P_xyz的焊接角度。下面就以示教点P为例，说明示教点的焊接角度的设定过程。
[0017]I)坐标系P-xyz的建立。
[0018]首先建立坐标系P-xyz的y轴，示教点处示教线的切线方向P_xyz的y轴方向，并且指向焊接方向的为正方向。如果该示教点所在的示教线为直线，如图2所示，P-xyz的y轴就是示教方向的示教线方向为P-xyz的y轴的正方向；如果该示教点所在的示教线为曲线，如图3所示，P-xyz的y轴就是示教方向的示教曲线的切线方向为P-xyz的y轴的正方向。
[0019]其次是建立坐标系P-xyz的X轴和z轴，在垂直于P_xyz的y轴的平面内选取P-xyz的X轴和z轴，这两个轴方向的选取尽量要和模型中坐标系O-xyz的坐标轴重合，这样可以减少计算工作量。
[0020]示教点P的坐标系P-xyz相对于机器人坐标系O-xyz的位置和各个坐标轴之间的角度设定后，示教点P的坐标系P-xyz相对于机器人坐标系0-xyz的对应关系矩阵A就建立起来了。
[0021]2)示教点P处焊接角度的选定。
[0022]示教点P的焊接角度包括工作角Θ和前进角Φ，可以采用图形操作法和数值输入法。
[0023]图形操作法中，以示教点P为圆心建立一个可以绕P点转动的手柄，手柄的方向就代表着焊枪的焊接角度，在图中通过调节手柄的空间位置的方法确定焊枪的焊接角度。
[0024]为了更方便准确直观地选定示教的焊接角度，对焊接的工作角Θ和前进角Φ分别设定。
[0025]工作角Θ的设定:图4是沿坐标系P-xyz中y轴的投影视图，即xpz坐标面，手柄和X轴之间的夹角就是焊接的工作角Θ，通过拖动手柄转动来改变Θ角大小的方法来确定工作角Θ的大小。
[0026]前进角Φ的设定:图5是沿坐标系P-xyz中x轴的投影视图，即ypz坐标面，手柄和y轴之间的夹角就是焊接的前进角Φ，通过拖动手柄转动来改变Φ角大小的方法来确定工作角Φ的大小。
[0027]工作角Θ和前进角Φ的设定也可以通过利用对话框填写数值的方法来确定Φ和Θ角的大小。
[0028]工作角Θ和前进角Φ确定之后，在示教点P点处的焊接角度就确定了，示教点P处焊枪姿态也就确定了，焊枪的相对于坐标系P-xyz的变换矩阵B就确定了。
[0029](6) A、B矩阵确定之后，示教点P处焊枪相对于机器人坐标系O-xyz的位置和姿态矩阵C就可以表示为:C=AB。通过同样的方法可以得到所有示教点处焊枪相对于机器人坐标系O-xyz的位置坐标值和焊接角度，即示教点的示教数据(X，y, z, u, v, w)就确定下来，获取了焊接机器人离线示教的示教数据，同时按照示教顺序把示教数据导出并传送到机器人，实现焊接机器人的离线示教。
【主权项】
1.一种基于模型的焊接机器人离线示教数据的获取方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)模型生成模块:在常用三维造型软件中，首先建立机器人坐标系，并在合适的位置按照焊接件大小进行1:1建模，在三维软件中生成和焊接件相同的三维立体模型； (2)理论示教线的建立模块:在上述步骤(I)模块中选取模型上的边线或者复制编辑边线创建符合焊接工艺要求的理论的焊缝示教线； (3)拾取示教点位置模块:在上述步骤(2)模块中选择需要的焊缝示教线，在焊缝示教线上画点，以点的位置来表示要选择的示教点的位置，并确定焊缝上示教点的示教顺序； (4)示教点位置坐标生成模块:对上述步骤(3)模块中的三维模型文件进行保存，并对保存的文件信息进行提取处理，就可以得到模型中选取的示教点的坐标值，并按照示教点的示教顺序导出示教点的坐标值； (5)示教点焊接角度设定模块:针对上述步骤(3)及(4)模块中拾取的示教点，在获取示教点的坐标值的基础上，进一步设定每个示教点的焊接角度，可以采用图形操作法和数值输入法确定； (6)示教点的示教数据生成模块:根据上述步骤(4)、(5)模块中选定的所有示教点的位置坐标值和焊接角度，通过矩阵运算，就可以得到每个示教点相对于机器人坐标系的示教数据，包括位置和姿态，获取焊接机器人离线示教的示教数据。
【专利摘要】本发明公布了一种基于模型的焊接机器人离线示教数据的获取方法，包括以下步骤模块：模型生成模块，用于在三维软件中建立机器人坐标系，生成与焊接件相同的三维立体模型；理论示教线的建立模块，用于在模型上创建焊缝的示教线；拾取示教点位置模块，在上述模块的示教线上确定示教点及示教顺序；示教点位置坐标生成及角度设定模块，提取上述模块示教点的坐标值，并设定每个示教点的焊接角度；示教点的示教数据生成模块，根据上述示教点的坐标值和焊接角度生成所有示教点的示教数据，并按照示教点的示教顺序传送到机器人。本发明提供了一种对于不熟悉焊接工艺和示教操作人员能快速并准确地获取焊接机器人离线示教数据的一种方法。
【IPC分类】G05B19-18
【公开号】CN104750023
【申请号】CN201510075914
【发明人】霍平, 李晨辉, 霍柯言
【申请人】河北联合大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年2月13日