CN103568012B - 一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法，其特征在于：所述的规划方法首先确定弧焊机器人摆弧的起点、终点以及上下两个摆弧平面内任意两点，并采集位姿值；通过计算得出摆弧所在的两个平面的坐标系，通过对起点到终点方向的加速度和速度规划，得出两点之间的距离与运动时间之间的函数关系，即运动方向的轨迹规划。根据工艺要求，可以进行三角摆弧和正弦摆弧轨迹等。由于采用上述的方法，本发明方便操作人员设定弧焊机器人的双平面摆弧轨迹，确保焊接的质量。

Description

一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法
技术领域
本发明涉及弧焊机器人的控制领域，特别涉及一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法。
背景技术
随着工业自动化的发展，工业机器人的使用领域越来越大，现场工艺要求越来越严格，这就大大加快了机器人轨迹规划功能研发。
弧焊机器人不仅仅是直线弧焊和圆弧弧焊，在焊缝过大时，特殊的工艺要求会用到摆弧运动，摆弧焊接质量与摆弧轨迹规划有直接关系。如何确定弧焊机器人的摆弧轨迹以提高焊接质量目前还是一个难题。
针对上述问题，提供一种基于时间连续的规划方法来确定弧焊机器人的双平面摆弧轨迹。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法，以达到提高弧焊摆弧焊接质量的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法，其特征在于：所述的规划方法首先确定弧焊机器人摆弧的起点、终点以及上下两个摆弧平面内任意两点，并采集位姿值；确定速度加速段的时间比例ratio，设定最大加速度Amax与最大速度值Vmax，则加速度时间Tacc为Tacc＝V/(Amax*(1-ratio))；加加速度时间Jerk为Jerk＝Amax/(ratio*Tacc)；匀速时间Thold计算步骤为：
Dis tan ce_Acc＝(Jerk*Tacc^3*ratio^3)/6+
(Tacc^2*ratio*(5*Jerk*Tacc*ratio^2-12*Amax*ratio+6*Amax))/6
-(Tacc^2*(2*ratio-1)*(Jerk*Tacc*ratio^2-2*Amax*ratio+Amax))/2
Dis tan ce_Vhold＝|P2-P1|-2*Dis tan ce_Acc
Thold＝Dis tan ce_Vhold/V
然后通过积分求出起点到终点方向位置与时间的函数关系，根据正弦函数公式，确定摆弧平面内的位置规划；再经过矩阵变换，将摆弧平面内的位置点转换成机器人基坐标系下的位置点，根据计算出的基坐标系下的位置点，即可控制机器人进行摆弧运动。
所述的速度加速段的时间比例ratio一般设定为0.1。
所述的规划方法设焊枪的进给方向为工具坐标系的Z轴正方向，同时假设整个摆弧过程中工具Z轴正方向始终与摆弧平面成a角，将欧拉角转变成四元素进行插补，即为摆弧中的姿态规划。
所述的a角的度数为：0°＜a≤90°。
所述的规划方法设定弧焊机器人在摆弧过程中工具Z轴正方向与摆弧切线方向始终垂直。
一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法，由于采用上述的方法，本发明方便操作人员设定弧焊机器人的双平面摆弧轨迹，确保焊接的质量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法示意图。
具体实施方式
本发明以六自由度弧焊机器人为例，示教摆弧的起点P1与终点P2，P3、P4分别是上下两个摆弧平面内的任意点，记录四个点的机器人位姿值，通过计算得出摆弧的两个平面的坐标系，通过对起点到终点方向的加速度和速度规划，得出两点时间的距离与运动时间之间的关系，即运动方向的轨迹规划。根据工艺要求，可以进行三角摆弧和正弦摆弧轨迹等。
具体如图1所示，图中P1点是摆弧起始点，P2点是终点，P3是摆弧上平面内的点，P4是摆弧下平面内的点，如果P3,P4均在一个平面内，此方法仍然可行。用户设定摆弧的振幅、频率。图1中是振幅5mm，频率为0.1的正弦摆。
本发明分别记录P1、P2、P3、P4点的位姿(Xi,Yi,Zi,Ai,Bi,Ci)其中i＝1,2,3,4,平面P1P2P3为摆弧运动的上平面，平面P1P2P4为下平面。通过计算，上平面和下平面的坐标系已确定，只要确定了机器人末端在这两个平面内的运动轨迹坐标值，通过坐标变换，即可得到机器人在基坐标系下的轨迹坐标值。现说明上下平面内的速度、位置轨迹规划。
首先确定速度加速段的时间比例ratio，一般设定为0.1，设定最大加速度Amax与最大速度值V，P1到P2点方向(定义为X方向)为S型速度曲线规划，X方向加速度时间Tacc由公式(1)确定，加加速度时间Jerk由公式(2)确定，匀速时间Thold由公式(3)、(4)、(5)确定。通过积分求出X方向位置与时间的函数关系，根据正弦函数公式，确定摆弧平面内的位置规划。再经过矩阵变换，将摆弧平面内的位置点转换成机器人基坐标系下的位置点，即可控制机器人进行摆弧运动。
Tacc＝V/(Amax*(1-ratio))               (1)
Jerk＝Amax/(ratio*Tacc)                       (2)
Dis tan ce_Acc＝(Jerk*Tacc^3*ratio^3)/6+
(Tacc^2*ratio*(5*Jerk*Tacc*ratio^2-12*Amax*ratio+6*Amax))/6
-(Tacc^2*(2*ratio-1)*(Jerk*Tacc*ratio^2-2*Amax*ratio+Amax))/2 (3)
Dis tan ce_Vhold＝|P2-P1|-2*Dis tan ce_Acc        (4)
Thold＝Dis tan ce_Vhold/V                  (5)
焊枪的进给方向为工具坐标系的Z轴正方向，假设整个摆弧过程中工具Z轴正方向始终与摆弧平面成a角(0°＜a≤90°)，而且摆弧过程中工具Z轴正方向与摆弧切线方向始终垂直，这样便确定了焊枪在整个运动过程中的姿态。将欧拉角转变成四元素进行插补，即为摆弧中的姿态规划。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法，其特征在于：所述的规划方法首先确定弧焊机器人摆弧的起点、终点以及上下两个摆弧平面内任意两点，起点设为P1、终点设为P2，采集位姿值；确定速度加速度的时间比例ratio，设定最大加速度Amax与最大速度值V，加速度时间Tacc为Tacc＝V/(Amax*(1-ratio))；加加速度的时间Jerk为Jerk＝Amax/(ratio*Tacc)；匀速时间Thold的计算如下：
Dis tan ce_Acc＝(Jerk*Tacc^3*ratio^3)/6+
(Tacc^2*ratio*(5*Jerk*Tacc*ratio^2-12*A max*ratio+6*A max))/6
-(Tacc^2*(2*ratio-1)*(Jerk*Tacc*ratio^2-2*A max*ratio+A max))/2 
Dis tan ce_Vhold＝[P2-P1]-2*Dis tan ce_Acc
Thold＝Dis tan ce_Vhold/V 
通过积分求出起点到终点位置与时间的函数关系，根据正弦函数公式，确定摆弧平面内的位置规划；再经过矩阵变换，将摆弧平面内的位置点转换成机器人基坐标系下的位置点，即可控制机器人进行摆弧运动。
2.根据权利要求1所述的一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法，其特征在于：所述的速度加速度的时间比例ratio设定为0.1。
3.根据权利要求1所述的一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法，其特征在于：所述的规划方法设焊枪的进给方向为工具坐标系的Z轴正方向，同时假设整个摆弧过程中工具Z轴正方向始终与摆弧平面成a角，将欧拉角转变成四元素进行插补，即为摆弧中的姿态规划。
4.根据权利要求3所述的一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法，其特征在于：所述的a角的度数为：0°＜a≤90°。
5.根据权利要求3所述的一种弧焊机器人双平面摆弧轨迹的规划方法，其特征在于：所述的规划方法设定弧焊机器人在摆弧过程中工具Z轴正方向与摆 弧切线方向始终垂直。
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