CN110064872A - 特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开提出了特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法及系统，包括：建立用于检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触的模型；基于该坡口，建立坐标系，以坡口横截面的最低端为原点，坡口的最低端所在的边为y轴，垂直y轴的方向为z轴；基于所建立的模型，求出纵坐标z值，特厚板板厚t满足t<z，即可避免焊枪与坡口侧壁发生碰触。本公开针对厚板机器人焊接焊枪容易与坡口侧壁碰触的问题，建立了焊枪碰壁模型，当焊枪与坡口发生触碰时及时改变焊枪倾角。

Description

特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法及系统

技术领域

本公开涉及焊接技术领域，特别是涉及特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法及系。

背景技术

随着地下和隧道工程、地铁建设、钢结构、大型工程机械等行业的快速发展，盾构机在工程中的应用日益增多。盾构机是地下和隧道工程建设的重要设备，与普通工程机械相比，盾构机产品附加值高，加工工艺复杂。盾构机上关键部件刀盘为大型焊接结构件，常见刀盘的直径达7m，质量60吨，它是由80-100mm厚板焊接而成的大型结构件，多层多道焊接工作量较大，国内普遍采用手工焊接方式，其生产效率低，焊接质量稳定性差，成为盾构机生产环节的瓶颈。

为了保证焊缝成形，使焊缝截面实际形状尽量接近拟合的几何图形，在焊接菱形焊道时需要规划焊枪的倾斜角度，使得焊枪处于菱形长对角线中垂线上，焊丝指向起弧点。

对于特厚板(是指厚度大于100mm的板材)，特厚板坡口根部附近的焊道，由于其深度大，空间较小，焊枪容易与坡口侧壁接触碰撞，可达性较差。为避免这种情况出现，在焊接规划中一般取焊道起弧点与坡口上表面两顶点连线的角平分线作为焊枪位置，确定焊枪倾角。该方法虽然避免了焊枪与坡口侧壁的碰撞，但在厚板、特厚板焊接时，需要频繁改变焊枪倾角，导致焊接过程比较复杂，不容易实现。

发明内容

本说明书实施方式的目的是提供特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，建立一个模型用于检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触。正常情况下将拟合菱形焊道长对角线中垂线作为焊枪位置，一旦碰触发生，则改变焊枪倾角，不碰撞则无需改变焊枪倾角。这样焊枪的倾角就不需要频繁改变，更有利于自动化焊接，同时也有利于焊道实际截面形状与菱形的拟合。

本说明书实施方式提供特厚板机器人焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，通过以下技术方案实现：

包括：

建立用于检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触的模型；

基于该坡口，建立坐标系，以坡口横截面的最低端为原点，坡口的最低端所在的边为y轴，垂直y轴的方向为z轴；

基于所建立的模型，求出纵坐标z值，特厚板板厚t满足t<z，即可避免焊枪与坡口侧壁发生碰触。

进一步的技术方案，焊枪被简化为一个圆柱体，其中点划线l_s是焊丝的中心线，即圆柱体中心线；线l_b位于焊枪喷嘴外轮廓边缘；线l_r则为坡口侧壁边缘；

若要焊枪不触碰侧壁，只需要保证在焊接每层最靠近梯形焊道的菱形焊道时，焊枪与侧壁不接触即可，即线l_b与线l_r在坡口内不相交；

设直线l_b与l_s斜率为k_b，直线l_r斜率为k_r，焊枪喷嘴半径为r_q；

坡口角度为θ，且焊枪位于菱形焊道角平分线上，根据数学关系可知，l_b与y轴夹角为而l_r与y轴夹角为可以得到l_b斜率k_b，l_r斜率k_r为：

当即θ>60°时，无论板厚为多少都不会碰壁。

进一步的技术方案，若θ<60°，可得直线l_r的方程为：

焊丝所在直线l_s方程为：

根据函数关系，可以求出直线l_b的方程为：

式(12)与式(14)联立，求出纵坐标z值，只要板厚t满足t<z，即可避免焊枪与坡口侧壁发生碰触。

进一步的技术方案，当焊道数等于其所在层数，同时，从第二层以后每层焊道的高度一致，所有的菱形焊道的横截面又保持一致，则只要在焊接最底层的菱形焊道时焊枪不与坡口侧壁碰触，则在焊接后续各层菱形焊道时均不碰壁。

进一步的技术方案，在焊件较厚，坡口角度较小的情况下，焊件底部空间较小，第二层甚至第三层只需一道梯形焊道即可填满，在该情况下，需要使用第一条菱形焊道的起弧点坐标进行计算，将第一条菱形焊道起弧点坐标(y_i1,z_i1)代入式(13)，可以得到截距b值为：

联立式(12)与式(14)，代入b值，可以得到线l_b与线l_r交点纵坐标z为：

只需使式(16)中z值大于板厚t，便可以保证焊枪与坡口侧壁不发生碰触。

进一步的技术方案，假设焊枪喷嘴半径为10mm，在z_i1取不同值的情况下，坡口角度与板厚上限值的关系：如果z_i1值为15mm，坡口角度即使达到50°，那么焊接时允许的最大板厚也不超过30mm。同时，当坡口角度超过40°时，允许板厚的上限值将急剧增大。

本说明书实施方式提供特厚板机器人焊枪与坡口侧壁碰撞检测系统，通过以下技术方案实现：

包括：

模型建立模块，被配置为：建立用于检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触的模型；

坐标系建立模块，被配置为：基于该坡口，建立坐标系，以坡口横截面的最低端为原点，坡口的最低端所在的边为y轴，垂直y轴的方向为z轴；

碰触判断模块，被配置为：基于所建立的模型，求出纵坐标z值，特厚板板厚t满足t<z，即可避免焊枪与坡口侧壁发生碰触。

本公开还公开了一种焊枪倾角规划方法，包括：对于V型坡口，将焊道横截面的形状拟合为棱形，板厚为100mm以上，需要规划焊枪的倾斜角度α，使得焊枪处于菱形长对角线中垂线上，焊丝指向起弧点，焊枪倾角α为：

式中θ为坡口角度；

对于特厚板，利用特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触，正常情况下将菱形长对角线中垂线作为焊枪位置，一旦碰触发生，则改变焊枪倾角，不碰撞则无需改变焊枪倾角。

本公开还公开了一种焊枪倾角规划系统，被配置为执行以下步骤：

对于V型坡口，将焊道横截面的形状拟合为棱形，板厚为100mm以上，需要规划焊枪的倾斜角度α使得焊枪处于菱形长对角线中垂线上，焊丝指向起弧点，焊枪倾角α为：

式中θ为坡口角度；

对于特厚板，利用特厚板机器人焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触，正常情况下将菱形长对角线中垂线作为焊枪位置，一旦碰触发生，则改变焊枪倾角，不碰撞则无需改变焊枪倾角。

本公开还公开了一种焊接机器人，所述焊接机器人包括其控制器，所述控制器被配置为执行上述一种焊枪倾角规划方法的步骤，并基于所述方法所确定的焊枪倾角继而控制焊枪的动作。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本公开针对厚板、特厚板机器人焊接焊枪容易与坡口侧壁碰触的问题，建立了焊枪碰壁模型，当焊枪与坡口侧壁发生触碰时及时改变焊枪倾角。

本公开利用建立的模型检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触。正常情况下将菱形长对角线中垂线作为焊枪位置，一旦碰触发生，则改变焊枪倾角，不碰撞则无需改变焊枪倾角。这样焊枪的倾角就不需要频繁改变，更有利于自动化焊接，同时也有利于焊道实际截面形状与菱形的拟合。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例子的V型坡口焊枪碰壁模型示意图；

图2为本公开实施例子的菱形焊道起弧点示意图；

图3为本公开实施例子的V型坡口角度与板厚上限值关系图；

图4为本公开实施例子的V型坡口填充示意图；

图5(a)-图5(b)为本公开实施例子的焊枪位姿与起弧点位置示意图；

图6本公开实施例子的多层多道焊接焊枪位置示意图；

图7(a)-图7(b)为本公开实施例子的焊枪摆幅计算示意图；

图8为本公开实施例子的梯形焊道摆动焊接示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例子一

该实施例公开了特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，包括：

建立用于检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触的模型；

基于该坡口，建立坐标系，以坡口横截面的最低端为原点，坡口的最低端所在的边为y轴，垂直y轴的方向为z轴；

基于所建立的模型，求出纵坐标z值，特厚板板厚t满足t<z，即可避免焊枪与坡口侧壁发生碰触。

在具体实施例子中，焊枪倾角规划：为了保证焊缝成形，使焊缝截面实际形状尽量接近拟合的几何图形，在焊接菱形焊道时需要规划焊枪的倾斜角度α，使得焊枪处于菱形长对角线中垂线上，焊丝指向起弧点。经过数学推导可以得出，焊枪倾角α为：

式中θ为坡口角度。

厚板、特厚板坡口根部附近的焊道，由于其深度大，空间较小，焊枪容易与坡口侧壁接触碰撞，可达性较差。为避免这种情况出现，在焊接规划中一般取焊道起弧点与坡口上表面两顶点连线的角平分线作为焊枪位置，确定焊枪倾角。该方法虽然避免了焊枪与坡口侧壁的碰撞，但在厚板、特厚板焊接时，需要频繁改变焊枪倾角。因此，本公开建立一个模型用于检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触。正常情况下，将菱形长对角线中垂线作为焊枪位置，一旦碰触发生，则改变焊枪倾角，不碰撞则无需改变焊枪倾角。这样焊枪的倾角就不需要频繁改变，更有利于自动化焊接，同时也有利于焊道实际截面形状与菱形的拟合。

图1是检测焊枪碰壁的模型示意图，焊枪被简化为一个圆柱体，其中点划线l_s是焊丝的中心线，即圆柱体中心线；线l_b位于焊枪喷嘴外轮廓边缘；线l_r则为坡口侧壁边缘。若要焊枪不触碰侧壁，只需要保证在焊接每层最靠近梯形焊道的菱形焊道时，焊枪与侧壁不接触即可，即图1中线l_b与线l_r在坡口内不相交。设直线l_b与l_s斜率为k_b，直线l_r斜率为k_r，焊枪喷嘴半径为r_q。

坡口角度为θ，且焊枪位于菱形焊道角平分线上，根据数学关系可知，l_b与y轴夹角为而l_r与y轴夹角为可以得到l_b斜率k_b，l_r斜率k_r为：

当即θ>60°时，无论板厚为多少都不会碰壁。

若θ<60°，如图1所示，建立坐标系，可得直线l_r的方程为：

焊丝所在直线l_s方程为：

根据函数关系，可以求出直线l_b的方程为：

式(12)与式(14)联立，求出纵坐标z值，只要板厚t满足t<z，即可避免焊枪与坡口侧壁发生碰触。

根据实际经验，在厚板、特厚板多层多道焊接中，每一层焊道数量一般不会超过所在层的层数。在图1中，焊道数等于其所在层的层数，同时，第二层及以后每层焊道的高度一致，所有的菱形焊道的横截面又保持一致，因此，只要在焊接最底层的菱形焊道时焊枪不与坡口侧壁碰触，就可以保证在焊接后续各层菱形焊道时不碰壁。

在焊件较厚，坡口角度较小的情况下，焊件底部空间较小，第二层甚至第三层只需一道梯形焊道即可填满，如图2所示，所以，这里需要使用第一条菱形焊道的起弧点坐标进行计算。将第一条菱形焊道起弧点坐标(y_i1,z_i1)代入式(13)，可以得到截距b值为：

联立式(12)与式(14)，代入b值，可以得到线l_b与线l_r交点纵坐标z为：

只需使式(16)中z值大于板厚t，便可以保证焊枪与坡口侧壁不发生碰触。由式(16)可以看出，交点纵坐标z的值由坡口角度θ，第一条菱形焊道坐标(y_i1,z_i1)以及焊枪喷嘴半径r_q决定。对于熔化极气体保护焊，所用焊枪喷嘴半径一般为5～11mm。为更加直观的表示上述关系，这里假设焊枪喷嘴半径为10mm，图3展示了在z_i1取不同值时，坡口角度与板厚上限值的关系。

根据图3，如果z_i1值为15mm，坡口角度即使达到50°，那么焊接时允许的最大板厚也不超过30mm。同时，当坡口角度超过40°时，允许板厚的上限值将急剧增大。因此，厚板、特厚板焊接时，为保证较低层焊道的焊枪可达性，可以适当增大坡口角度。再者，针对打底焊道和底层梯形焊道，在保证焊缝不烧穿的前提下，可以适当增大焊接热输入，因为坡口底层空间较小，增大焊接金属熔敷量可以实现焊缝高度快速增加，其次对于厚板、特厚板焊接而言，较大的焊接热输入可以保证打底焊道焊透，避免出现未焊透缺陷。

在一实施例子中，图4是V型坡口横截面填充示意图，设板厚为t，坡口角度为θ，对接接头，假设两侧拘束，建立如图4所示的坐标系。本公开拟采用等高型填充策略建立焊道规划模型，设打底焊道高度为h_d，第二层及以上每层焊道高度为h。第一层焊道横截面以三角形拟合(当有坡口间隙时为梯形)。第二层及以上的初始焊道及中间焊道横截面采用菱形拟合，设其面积为S_r，最末焊道横截面采用梯形拟合，设其面积为S_t。对于菱形焊道，在焊接时焊枪位置处于菱形长对角线的中垂线上，焊枪倾角为焊枪与垂直方向的夹角，设为α，如图5(a)所示，图5(a)中星号表示起弧点位置。对于梯形焊道，焊枪位置处于其中心线上，如图5(b)所示，图5(b)中星号表示起弧点位置。

在该实施例子中，层数与道数的确定：等高型填充策略的中心思想在于每层的高度相等，首先根据实际生产经验选择打底焊与填充焊焊缝的高度，一般来说，打底焊焊接工艺与填充焊的工艺要求差别较大，因此焊缝的高度选择也不相同。然后根据坡口的总高度，可以计算出完成坡口填充所需要的总层数。本公开将焊缝的形状简化成菱形，因此在确定层高后，单道菱形焊缝的截面积也随之确定。随后，可以计算出每层的总面积，用总面积除以单道焊缝的面积便可以求出该层的总道数。

由母材板厚t，打底焊道高度h_d，填充焊道高度h，可根据式(17)求出填满坡口所需总层数n：

参见附图6所示，当n不为整数时，为了保证可以填满坡口，取大于式(17)计算结果的最小整数n_z，同时因为取较大的整数时，焊缝金属的总横截面积会大于坡口的横截面积，导致焊缝填充凸起，产生余高。因此，我们需要对焊缝的层高进行一个修正，将修正后的层高取为h_z，h_z可以由式(18)计算：

设填充焊缝层数的序号为i，则第i层总面积S_i为：

式中i∈[2,n_z]。

每层高度为h_z，则菱形焊道边长l与面积S_r分别为：

计算(S_i/S_r)的比值Q，将Q的整数部分记为N，小数部分记为C。菱形焊道数目根据小数C来确定，以保证每层最末的梯形焊道具有适当的熔宽。试验表明取0.4为临界值时焊缝成型良好。若C≥0.4，则第i层菱形焊道数目r_i＝N，可以推知最末梯形焊道面积为S_t＝C*S_r，若C<0.4，则第i层菱形焊道数目r_i＝N-1，最末梯形焊道面积则为S_t＝(C+1)*S_r。

焊枪位置的确定：在确定焊道拟合形状与层道数以后，就可以根据数学关系推导出焊道起弧点位置，起弧点位置为焊丝中心线与该层焊道横截面水平线的交点。

设第i层第j道焊道的横坐标、纵坐标分别为y_ij、z_ij。

打底焊道起弧点的横坐标、纵坐标为：y₁₁＝0，z₁₁＝0。

对于打底焊道以上各焊层，根据数学推导，每层除最末梯形焊道之外，其余菱形焊道横坐标为：

式中i∈[2,n_z]，j∈[1,r_i]。

第i层最末梯形焊道起弧点横坐标为：

式中i∈[2,n_z]，j＝r_i+1。

第i层上焊道纵坐标为：

z_ij＝h_d+(i-2)h_z (24)

式中i∈[2,n_z]，j∈[1,r_i+1]。

在另一实施例中，还公开了焊枪摆幅规划方法：在焊接过程中增加焊枪摆动，可以增加焊道宽度，在一定程度上避免焊缝成型不均匀的情况。同时，焊枪摆动可以在一定程度上减少焊缝高度，提高焊缝金属力学性能，有利于实现多层多道焊接。

摆幅的数值不能过大也不能过小，摆幅过大时会导致焊枪触碰到坡口侧壁，还会导致熔深过小达不到技术要求；摆幅过小时会形成侧壁未熔合缺陷。因此，必须选择一个合适的摆幅。图7(a)-图7(b)展示了焊枪的摆动过程。对于每层的菱形焊道，焊枪位于其长对角线中垂线上。因为采用菱形拟合焊道，所以焊道高度h_z一旦确定，长对角线AC长度也随之确定，其摆幅R为：

式中θ为坡口角度，m为考虑熔池形状的修正因子，一般为2～3mm。

对于梯形焊道，首先用焊层的总面积除以单道菱形焊缝面积，再根据剩下的小数部分来计算梯形焊道横截面积。当小数部分C小于0.4时，梯形部分的面积为S_t＝(C+1)*S_r，在这种情况下可能会出现图8中箭头指向的焊道，焊道的熔宽较大，必须进行适当的焊枪摆动焊接才能获得良好的焊缝成型，其焊枪摆幅R为：

式中θ为坡口角度，i为当前焊层数，h_z为焊层高度，h_d为打底焊层高度，r_i为当前焊层菱形焊道数目，m为考虑熔池形状的修正因子，一般为2～3mm。由于坡口底部空间较小，因此在焊接打底焊道时，一般不采取摆动焊接。

实施例子二

本说明书实施方式提供特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测系统，通过以下技术方案实现：

包括：

模型建立模块，被配置为：建立用于检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触的模型；

坐标系建立模块，被配置为：基于该坡口，建立坐标系，以坡口横截面的最低端为原点，坡口的最低端所在的边为y轴，垂直y轴的方向为z轴；

碰触判断模块，被配置为：基于所建立的模型，求出纵坐标z值，特厚板板厚t满足t<z，即可避免焊枪与坡口侧壁发生碰触。

该模块中具体实现方法可参见实施例一种的特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，此处不再进行说明。

实施例子三

本公开还公开了一种焊枪倾角规划方法，包括：对于V型坡口，将焊道横截面的形状拟合为棱形，板厚为100mm以上，需要规划焊枪的倾斜角度α，使得焊枪处于菱形长对角线中垂线上，焊丝指向起弧点，焊枪倾角α为：

式中θ为坡口角度；

对于特厚板，利用特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触，正常情况下将菱形长对角线中垂线作为焊枪位置，一旦碰触发生，则改变焊枪倾角，不碰撞则无需改变焊枪倾角。

该实施例子中的特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法具体实现方法可参见实施例一种的特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，此处不再进行说明。

实施例子四

本公开还公开了一种焊枪倾角规划系统，被配置为执行以下步骤：

对于V型坡口，将焊道横截面的形状拟合为棱形，板厚为100mm以上，需要规划焊枪的倾斜角度α，使得焊枪处于菱形长对角线中垂线上，焊丝指向起弧点，焊枪倾角α为：

式中θ为坡口角度；

对于特厚板，利用特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触，正常情况下将菱形长对角线中垂线作为焊枪位置，一旦碰触发生，则改变焊枪倾角，不碰撞则无需改变焊枪倾角。

该实施例子中的特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法具体实现方法可参见实施例一种的特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，此处不再进行说明。

实施例子五

本公开还公开了一种焊接机器人，所述焊接机器人包括其控制器，所述控制器被配置为执行上述一种焊枪倾角规划方法的步骤，并基于所述方法所确定的焊枪倾角继而控制焊枪的动作。

该实施例子中的一种焊枪倾角规划方法具体实现方法可参见实施例三中的焊枪倾角规划方法，此处不再进行说明。

可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料等特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，其特征是，包括：

建立用于检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触的模型；

基于该坡口，建立坐标系，以坡口横截面的最低端为原点，坡口的最低端所在的边为y轴，垂直y轴的方向为z轴；

基于所建立的模型，求出纵坐标z值，特厚板板厚t满足t<z，即可避免焊枪与坡口侧壁发生碰触。

2.如权利要求1所述的特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，其特征是，焊枪被简化为一个圆柱体，其中点划线l_s是焊丝的中心线，即圆柱体中心线；线l_b位于焊枪喷嘴外轮廓边缘；线l_r则为坡口侧壁边缘；

若要焊枪不触碰侧壁，只需要保证在焊接每层最靠近梯形焊道的菱形焊道时，焊枪与侧壁不接触即可，即线l_b与线l_r在坡口内不相交；

设直线l_b与l_s斜率为k_b，直线l_r斜率为k_r，焊枪喷嘴半径为r_q；

坡口角度为θ，且焊枪位于菱形焊道角平分线上，根据数学关系可知，l_b与y轴夹角为而l_r与y轴夹角为可以得到l_b斜率k_b，l_r斜率k_r为：

当即θ>60°时，无论板厚为多少都不会碰壁。

3.如权利要求2所述的特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，其特征是，若θ<60°，可得直线l_r的方程为：

焊丝所在直线l_s方程为：

根据函数关系，可以求出直线l_b的方程为：

式(12)与式(14)联立，求出纵坐标z值，只要板厚t满足t<z，即可避免焊枪与坡口发生碰触。

4.如权利要求1所述的特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，其特征是，当焊道数等于其所在层的层数，同时，第二层及以后每层焊道的高度一致，所有的菱形焊道的横截面又保持一致，则只要在焊接最底层的菱形焊道时焊枪不与坡口侧壁碰触，则在焊接后续各层菱形焊道时不碰壁。

5.如权利要求3所述的特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，其特征是，在焊件较厚，坡口角度较小的情况下，焊件底部空间较小，第二层甚至第三层只需一道梯形焊道即可填满，在该情况下，需要使用第一条菱形焊道的起弧点坐标进行计算，将第一条菱形焊道起弧点坐标(y_i1,z_i1)代入式(13)，可以得到截距b值为：

联立式(12)与式(14)，代入b值，可以得到线l_b与线l_r交点纵坐标z为：

只需使式(16)中z值大于板厚t，便可以保证焊枪与坡口侧壁不发生碰触。

6.如权利要求2所述的特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法，其特征是，假设焊枪喷嘴半径为10mm，在z_i1取不同值的情况下，坡口角度与板厚上限值的关系：如果z_i1值为15mm，坡口角度即使达到50°，那么焊接时允许的最大板厚也不超过30mm。同时，当坡口角度超过40°时，允许板厚的上限值将急剧增大。

7.特厚板机器人焊接焊枪与坡口侧壁碰撞检测系统，其特征是，包括：

模型建立模块，被配置为：建立用于检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触的模型；

坐标系建立模块，被配置为：基于该坡口，建立坐标系，以坡口横截面的最低端为原点，坡口的最低端所在的边为y轴，垂直y轴的方向为z轴；

碰触判断模块，被配置为：基于所建立的模型，求出纵坐标z值，特厚板板厚t满足t<z，即可避免焊枪与坡口侧壁发生碰触。

8.一种焊枪倾角规划方法，其特征是，包括：对于V型坡口，将焊道横截面的形状拟合为棱形，板厚为100mm以上，需要规划焊枪的倾斜角度α，使得焊枪处于菱形长对角线中垂线上，焊丝指向起弧点，焊枪倾角α为：

式中θ为坡口角度；

对于特厚板，利用权利要求1-6任一所述的特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触，正常情况下将菱形长对角线中垂线作为焊枪倾斜位置，一旦碰触发生，则改变焊枪倾角，不碰撞则无需改变焊枪倾角。

9.一种焊枪倾角规划系统，其特征是，被配置为执行以下步骤：

对于V型坡口，将焊道横截面的形状拟合为棱形，板厚为100mm以上，需要规划焊枪的倾斜角度α，使得焊枪处于菱形长对角线中垂线上，焊丝指向起弧点，焊枪倾角α为：

式中θ为坡口角度；

对于特厚板，利用权利要求1-6任一所述的特厚板焊枪与坡口侧壁碰撞检测方法检测焊枪与坡口侧壁是否发生碰触，正常情况下将菱形长对角线中垂线作为焊枪倾斜位置，一旦碰触发生，则改变焊枪倾角，不碰撞则无需改变焊枪倾角。

10.一种焊接机器人，所述焊接机器人包括其控制器，所述控制器被配置为执行上述权利要求8所述的一种焊枪倾角规划方法的步骤，并基于所述方法所确定的焊枪倾角继而控制焊枪的动作。