CN109352667A - 管道椭圆相贯线切割轨迹生成方法及切割方法 - Google Patents

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李文广
马士国
汪礼文
陈泉柱
孔繁强
高淑芳
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JINAN SHIDAI SHIJIN TESTING MACHINE GROUP Co.,Ltd.
SHANDONG TIMES NEW ERA ROBOT Co.,Ltd.
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Shandong Times New Era Robot Co Ltd
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
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    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明提供了一种管道椭圆相贯线切割轨迹生成方法及切割方法，能够提升工作效率。一种管道椭圆相贯线切割方法，包括以下步骤：将待切工件固定到卡盘上；从待切工件上选取一点，让相贯线切割机器人割枪尖端点移动到该点，并记录当前的相贯线切割机器人位置数据；旋转待切工件，重复步骤2共N次，共记录N个不同的位置点数据；计算出当前待切工件的空间位姿数据,将该位姿数据存储到相贯线切割机器人中；在相贯线切割机器人系统中输入主管及支管的直径，相交角度，偏置数据，计算出相贯线的空间切割轨迹；由相贯线切割机器人沿着相贯线的空间切割轨迹执行切割。

Description

管道椭圆相贯线切割轨迹生成方法及切割方法
技术领域
本发明涉及一种相贯线切割工艺，尤其是涉及一种管道椭圆相贯 线生成方法及切割方法。
背景技术
相贯线切割智能机器人作为车间自动化下料的工具，一般装配于 生产过程的焊割环节，对管道依据设定的切割参数执行切割，按照既 定的要求对管道进行切割的智能机器人。但由于目前多数的机器人多 是通过示教再现的方式作业，质量和精度完全靠人工定位，缺少精确 量化的过程，不仅造成机器人不能很好的发挥其应用的性能，还大大 降低了作业的效率。
发明内容
本发明提供了一种管道椭圆相贯线切割轨迹生成方法及切割方 法，能够大幅提升相贯线切割机器人的工作效率，降低相同生产条件 下的相贯线切割机器人本体维护成本和能量消耗。
本发明通过以下技术方案实现：
一种管道椭圆相贯线切割方法，包括以下步骤：
⑴待切工件包括主管和支管，将待切工件固定到卡盘上；
⑵从待切工件上选取一点，让相贯线切割机器人割枪尖端点移 动到该点，并记录当前的相贯线切割机器人位置数据；
⑶旋转待切工件，重复步骤2共N次，共记录N个不同的位置点 数据；
⑷基于步骤3的N个位置点数据，计算出当前待切工件的空间位 姿数据,将该位姿数据存储到相贯线切割机器人中；
⑸在相贯线切割机器人系统中输入主管及支管的直径，相交角 度，偏置数据，计算出相贯线的空间切割轨迹；
⑹由相贯线切割机器人执行步骤5生成相贯线的空间切割轨 迹，调整初始切割位置；
⑺沿着步骤6的相贯线的空间切割轨迹执行切割，切割完毕返 回安全位置。
上述的智能相贯线轨迹切割方法优选方案，支管相贯线的参数方 程：
x1＝RL*cos(theta)
y1＝RS*sin(theta)
z1＝(sqrt(R12-(RS*sin(theta)-dis)2-cos(alpha)*RL*cos(theta))/sin(alpha)
主管相贯线的参数方程：
x＝x1*cos(alpha)-z1*sin(alpha)
y＝y1-dis
z＝x1*sin(alpha)+z1*cos(alpha)
R1-主管半径，RL-椭圆长轴半径，RS-短轴半径，alpha-主管与支 管交角，dis-主管与支管偏置量，theta-轨迹点对应的圆心角。
本发明还提供了一种管道椭圆相贯线切割轨迹生成方法，包括以 下步骤：
(1)设定1、2、3、……i为被切管道的端面上不同的位置编号；
(2)计算出四个空间点拟合出的平面的法向矢量,由最小二乘的 方式计算出拟合的被切管道的端面圆心：
Xi，Yi,Zi-各位置坐标，a0、a1a2是任意实数；
(3)计算相贯线的空间切割轨迹；
支管相贯线的参数方程：
x1＝RL*cos(theta)
y1＝RS*sin(theta)
z1＝(sqrt(R12-(RS*sin(theta)-dis)2-cos(alpha)*RL*cos(theta))/sin(alpha)
主管相贯线的参数方程：
x＝x1*cos(alpha)-z1*sin(alpha)
y＝y1-dis
z＝x1*sin(alpha)+z1*cos(alpha)
R1-主管半径，RL-椭圆长轴半径，RS-短轴半径，alpha-主管与支管交角， dis-主管与支管偏置量，theta-轨迹点对应的圆心角。
(4)根据步骤(3)支管相贯线及主管相贯线轨迹位置数据，生成 相贯线。
上述管道椭圆相贯线切割轨迹生成方法，theta为0-360任意一 个角。
本发明工作原理：包括被切管道定位和相贯线切割路径生成两部 分。其中被切管道定位根据实际管道端面上的四个位置点信息，利用 最小二乘算法拟合出管道端面的圆心位置、圆半径和端面的法向矢 量，进而生成管道所对应的空间位姿坐标系参数；相贯线切割路径生 成模块，根据用户输入的主管直径、主管壁厚、椭圆支管的长轴、椭 圆支管的短轴、壁厚、两管管轴的夹角以及两管管轴的偏置数据，计 算出两管相贯的空间相贯线轨迹的位置数据，再根据该位置数据，计 算出对应的空间姿态信息，最后将该轨迹的位姿数据转换为相贯线切 割机器人能够识别的数据，由相贯线切割机器人运行该轨迹数据从而实现相贯线切割机器人切割作业。
本发明的优点在于：
合理的相贯线生成方法，能够大幅提升机器人的工作效率，降低 相同生产条件下的机器人本体维护成本和能量消耗。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部 分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限 制。
图1为本发明选定实施例空间位姿示意图。
图2为本发明选定实施例的空间切割轨迹示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处 所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发 明。
一种管道椭圆相贯线切割方法，包括如下步骤：
⑴待切工件包括主管和支管，将待切工件固定到卡盘上；
⑵从待切工件上选取一点，让相贯线切割机器人割枪尖端点移 动到该点，并记录当前的相贯线切割机器人位置数据；
⑶旋转待切工件，重复步骤2共N次，共记录N个不同的位置点 数据，本实施例中N＝4；
⑷基于步骤3的N个位置点数据，计算出当前待切工件的空间位 姿数据,将该位姿数据存储到相贯线切割机器人中；
对于记录的空间位置四个位置点,计算出四个空间点拟合出的平 面的法向矢量(a0,a1,a2)，此处n＝4,由最小二乘的方式计算出出拟合 的被切管道的端面圆心，公式如下：
Xi，Yi,Zi-各位置坐标，a0、a1a2是任意实数；
⑸在相贯线切割机器人系统中输入主管及支管的直径，相交角 度，偏置数据，根据相贯线的理论计算出相贯线的空间切割轨迹，
支管相贯线的参数方程：
x1＝RL*cos(theta)
y1＝RS*sin(theta)
z1＝(sqrt(R12-(RS*sin(theta)-dis)2-cos(alpha)*RL*cos(theta))/sin(alpha)
主管相贯线的参数方程：
x＝x1*cos(alpha)-z1*sin(alpha)
y＝y1-dis
z＝x1*sin(alpha)+z1*cos(alpha)
R1-主管半径，RL-椭圆长轴半径，RS-短轴半径，alpha-主管与 支管交角，dis-主管与支管偏置量，theta-轨迹点对应的圆心角；
⑹由相贯线切割机器人执行步骤5生成相贯线的空间切割轨 迹，调整初始切割位置；
⑺沿着步骤6的相贯线的空间切割轨迹执行切割，切割完毕返 回安全位置。
对于主管半径为R1＝290，椭圆长轴为RL＝70，短轴为RS＝30，两 管交角为alpha＝90，theta为轨迹点对应的圆心角(取值范围是0-360 度)，两管偏置量为dis＝0，得到的图1的空间位姿及图2的空间切 割轨迹。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不 用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种管道椭圆相贯线切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
⑴待切工件包括主管和支管，将待切工件固定到卡盘上；
⑵从待切工件上选取一点，让相贯线切割机器人割枪尖端点移动到该点，并记录当前的相贯线切割机器人位置数据；
⑶旋转待切工件，重复步骤2共N次，共记录N个不同的位置点数据；
⑷基于步骤3的N个位置点数据，计算出当前待切工件的空间位姿数据,将该位姿数据存储到相贯线切割机器人中；
⑸在相贯线切割机器人系统中输入主管及支管的直径，相交角度，偏置数据，计算出相贯线的空间切割轨迹；
⑹由相贯线切割机器人执行步骤5生成相贯线的空间切割轨迹，调整初始切割位置；
⑺沿着步骤6的相贯线的空间切割轨迹执行切割，切割完毕返回安全位置。
2.根据权利要求1所述的智能相贯线轨迹切割方法，其特征在于：
支管相贯线的参数方程：
x1＝RL*cos(theta)
y1＝RS*sin(theta)
z1＝(sqrt(R12-(RS*sin(theta)-dis)2-cos(alpha)*RL*cos(theta))/sin(alpha)
主管相贯线的参数方程：
x＝x1*cos(alpha)-z1*sin(alpha)
y＝y1-dis
z＝x1*sin(alpha)+z1*cos(alpha)
R1-主管半径，RL-椭圆长轴半径，RS-短轴半径，alpha-主管与支管交角，dis-主管与支管偏置量，theta-轨迹点对应的圆心角。
3.一种管道椭圆相贯线切割轨迹生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设定1、2、3、……i为被切管道的端面上不同的位置编号；
(2)计算出四个空间点拟合出的平面的法向矢量,由最小二乘的方式计算出拟合的被切管道的端面圆心：
Xi，Yi,Zi-各位置坐标，a0、a1a2是任意实数；
(3)计算相贯线的空间切割轨迹；
支管相贯线的参数方程：
x1＝RL*cos(theta)
y1＝RS*sin(theta)
z1＝(sqrt(R12-(RS*sin(theta)-dis)2-cos(alpha)*RL*cos(theta))/sin(alpha)
主管相贯线的参数方程：
x＝x1*cos(alpha)-z1*sin(alpha)
y＝y1-dis
z＝x1*sin(alpha)+z1*cos(alpha)
R1-主管半径，RL-椭圆长轴半径，RS-短轴半径，alpha-主管与支管交角，dis-主管与支管偏置量，theta-轨迹点对应的圆心角。
(4)根据步骤(3)支管相贯线及主管相贯线轨迹位置数据，生成相贯线。
4.根据权利要求2或3所述管道椭圆相贯线切割轨迹生成方法，其特征在于：theta为0-360任意一个角。
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