CN112861307B - 石油平台结构管线喷涂机器人喷头轨迹空间确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了石油平台结构管线喷涂机器人喷头轨迹空间确定方法，首先在CAD软件中构建石油平台结构管线的模型，并将石油平台结构管线的CAD模型导入轨迹空间规划软件(如RobotStudio)中；然后运用坐标变换的方法，在轨迹空间规划软件中确定石油平台结构管线的最终喷涂位姿；最后根据喷头距石油平台结构管线外表面法相距离及管线动态直径绘制圆，沿管线中心线扫描并生成石油平台结构管线喷涂机器人喷枪轨迹空间。本发明方法适用于不同形状的待喷管线，可以更好地适应不同喷涂工况下对喷涂距离的要求，提高了机器人喷涂空间的确定效率。

Description

石油平台结构管线喷涂机器人喷头轨迹空间确定方法

技术领域

本发明涉及石油平台结构管线制造方法，尤其涉及石油平台结构管线喷涂机器人喷枪轨迹空间确定方法。

背景技术

在目前的石油平台结构管线喷涂工程中，需要结合挂钩位置和重力定位待喷管线的空间位姿，传统的轨迹生成方法主要依赖“人工示教”的方式来规划。这种轨迹规划方法，操作简单，易于实现，但是该方法得到的喷枪喷涂轨迹的优劣严重依赖工人的经验，难以结合喷涂工件的几何特征和喷枪参数获得最佳喷涂轨迹，造成涂料、能源的浪费，增加了经济成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供了一种提高了石油平台管线喷涂机器人喷头轨迹规划效率的石油平台结构管线喷涂机器人喷头轨迹空间确定方法。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案为：

石油平台结构管线喷涂机器人喷头轨迹空间确定方法，包括以下步骤：

步骤一、首先，将石油平台结构管线的两端挂在两个静电喷涂挂钩上，将石油平台结构管线与两个静电喷涂挂钩的接触点分别标记为第一接触点T₁、第二接触点T₂，测量靠近第一接触点T₁的石油平台结构管线的端面与第一接触点T₁的垂直距离t₁,测量靠近第二接触点T₂的石油平台结构管线的端面与第二接触点的垂直距离t₂,测量第一接触点T₁和第二接触点T₂的距离s；

然后，在喷涂机器人轨迹生成软件中，将原点命名为T₁，设

方向为Y轴正方向，根据T₁T₂距离s确定T₂点坐标(0,s,0)，将石油平台结构管线的三维模型导入轨迹生成软件中，提取石油平台结构管线的中心线L₁；

步骤二、生成石油平台结构管线喷涂机器人喷枪轨迹空间的中心轨迹线，步骤为：

第一步，在喷涂机器人轨迹生成软件中，经过L₁生成石油平台结构管线的对称面，按照步骤一中石油平台结构管线的位姿在软件中拖动石油平台结构管线使得石油平台结构管线的位姿方向与步骤一中石油平台结构管线的位姿方向大致一致，根据T₁和T₂距各自所靠近的端面的垂直距离t₁和t₂，分别手动确定并在所述对称面内绘制第一模型点C₁、第二模型点C₂和的位置；

第二步，在CAD软件中生成石油平台结构管线的重心G，通过第一模型点 C₁、第二模型点C₂和石油平台结构管线的重心G三点，生成第一坐标变换参考平面P₁，令L₂＝C₁C₂，生成经过轴线L₂且垂直于XY平面的第二坐标变换参考平面P₂，提取C₁、C₂和G三点坐标，通过P₁和P₂两平面法向量的矢量积，求解第一坐标变换参考平面P₁和第二坐标变换参考平面P₂之间的夹角θ；

第三步，运用坐标旋转变换的方法，先将第一坐标变换参考平面P₁绕L₂轴线旋转至点G与第二坐标变换参考平面P₂重合，然后通过坐标平移变换将第一模型点C₁平移至原点与第一接触点T₁重合，再通过坐标旋转变换，绕Z轴及X轴旋转使第二模型点C₂与第二接触点T₂重合，得到石油平台结构管线喷涂机器人喷枪轨迹空间的中心轨迹线；

步骤三、设喷头距石油平台结构管线外表面法相距离为s₁以及管线动态直径为r，令R＝s₁+r，以变量R为半径绘制圆，沿上一步得到的最终中心轨迹线扫描，生成石油平台结构管线喷涂机器人喷枪轨迹空间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明方法适用于不同形状的待喷管线，可以更好地适应不同喷涂工况下对喷涂距离的要求，提出了一种轨迹生成软件中对待喷管线三维模型进行位姿变换并生成喷头轨迹空间的操作方法，提高了机器人喷涂空间的确定效率。

附图说明

图1为石油平台结构管线在静电喷涂挂钩上的安装结构示意图；

图2为轨迹生成软件中石油平台结构管线中心轨迹线及接触点三维图；

图3为坐标变换参考平面夹角示意图；

图4为喷涂机器人喷头轨迹空间示意图；

图5为喷涂机器人喷头轨迹空间确定方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的石油平台结构管线喷涂机器人喷头轨迹空间确定方法，包括以下步骤：

步骤一、如图1所示，首先，将石油平台结构管线1的两端钩挂在两个静电喷涂挂钩2上，将石油平台结构管线1与两个静电喷涂挂钩的接触点分别标记为第一接触点T₁、第二接触点为T₂，测量靠近第一接触点T₁的石油平台结构管线1 的端面与第一接触点T₁的垂直距离t₁,测量靠近第二接触点T₂的石油平台结构管线1的端面与第二接触点的垂直距离t₂,测量第一接触点T₁和第二接触点T₂的距离s；

然后，如图2所示，在喷涂机器人轨迹生成软件(如RobotStudio)中，将原点命名为T₁，设

方向为Y轴正方向，根据T₁T₂距离s确定T₂点坐标(0,s,0)，将石油平台结构管线1的三维模型导入轨迹生成软件中，提取石油平台结构管线 1的中心线L₁。

步骤二、生成石油平台结构管线喷涂机器人喷枪轨迹空间的中心轨迹线，步骤为：

如图2所示，第一步，在喷涂机器人轨迹生成软件中，经过L1生成石油平台结构管线1的对称面(已知接触点T₁和T₂均在该对称面内)，按照步骤一中石油平台结构管线的位姿在软件中拖动石油平台结构管线使得石油平台结构管线的位姿方向与步骤一中石油平台结构管线的位姿方向大致一致(图中管线弯头的转角向下突出，在石油平台结构管线1的三维模型导入轨迹生成软件后，管线弯头的转角可能朝上，通过手动操作使管线弯头的转角朝下即可)，根据T₁和T₂距各自所靠近的端面的垂直距离t₁和t₂，分别手动确定并在所述对称面内绘制第一模型点C₁、第二模型点C₂和的位置。

第二步，如图3所示，在CAD软件中生成石油平台结构管线1的重心G，通过第一模型点C₁、第二模型点C₂和石油平台结构管线1的重心G三点，生成第一坐标变换参考平面P₁，令L₂＝C₁C₂，生成经过轴线L₂且垂直于XY平面的第二坐标变换参考平面P₂，提取C₁、C₂和G三点坐标，通过P₁和P₂两平面法向量的矢量积，求解第一坐标变换参考平面P₁和第二坐标变换参考平面P₂之间的夹角θ；

第三步，运用坐标旋转变换的方法(2018年机械工业出版社出版的张明文主编的《工业机器人基础与应用》第74页)，先将第一坐标变换参考平面P₁绕L₂轴线旋转至点G与第二坐标变换参考平面P₂重合，然后通过坐标平移变换将第一模型点C₁平移至原点与第一接触点T₁重合，再通过坐标旋转变换，绕Z轴及X 轴旋转使第二模型点C₂与第二接触点T₂重合，得到石油平台结构管线喷涂机器人喷枪轨迹空间的中心轨迹线。

步骤三、如图4所示，设喷头距石油平台结构管线1外表面法相距离为s₁以及管线动态直径为r，令R＝s₁+r，以变量R为半径绘制圆，沿上一步得到的最终中心轨迹线扫描，生成石油平台结构管线喷涂机器人喷枪轨迹空间H。

Claims (1)

1.石油平台结构管线喷涂机器人喷头轨迹空间确定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、首先，将石油平台结构管线的两端挂在两个静电喷涂挂钩上，将石油平台结构管线与两个静电喷涂挂钩的接触点分别标记为第一接触点T₁、第二接触点T₂，测量靠近第一接触点T₁的石油平台结构管线的端面与第一接触点T₁的垂直距离t₁,测量靠近第二接触点T₂的石油平台结构管线的端面与第二接触点的垂直距离t₂,测量第一接触点T₁和第二接触点T₂的距离s；

然后，在喷涂机器人轨迹生成软件中，将原点命名为T₁，设

方向为Y轴正方向，根据T₁T₂距离s确定T₂点坐标(0,s,0)，将石油平台结构管线的三维模型导入轨迹生成软件中，提取石油平台结构管线的中心线L₁；

步骤二、生成石油平台结构管线喷涂机器人喷枪轨迹空间的中心轨迹线，步骤为：

第一步，在喷涂机器人轨迹生成软件中，经过L₁生成石油平台结构管线的对称面，按照步骤一中石油平台结构管线的位姿在软件中拖动石油平台结构管线使得石油平台结构管线的位姿方向与步骤一中石油平台结构管线的位姿方向大致一致，根据T₁和T₂距各自所靠近的端面的垂直距离t₁和t₂，分别手动确定并在所述对称面内绘制第一模型点C₁、第二模型点C₂和的位置；

第二步，在CAD软件中生成石油平台结构管线的重心G，通过第一模型点C₁、第二模型点C₂和石油平台结构管线的重心G三点，生成第一坐标变换参考平面P₁，令L₂＝C₁C₂，生成经过轴线L₂且垂直于XY平面的第二坐标变换参考平面P₂，提取C₁、C₂和G三点坐标，通过P₁和P₂两平面法向量的矢量积，求解第一坐标变换参考平面P₁和第二坐标变换参考平面P₂之间的夹角θ；

第三步，运用坐标旋转变换的方法，先将第一坐标变换参考平面P₁绕L₂轴线旋转至点G与第二坐标变换参考平面P₂重合，然后通过坐标平移变换将第一模型点C₁平移至原点与第一接触点T₁重合，再通过坐标旋转变换，绕Z轴及X轴旋转使第二模型点C₂与第二接触点T₂重合，得到石油平台结构管线喷涂机器人喷枪轨迹空间的中心轨迹线；

步骤三、设喷头距石油平台结构管线外表面法相距离为s₁以及管线动态直径为r，令R＝s₁+r，以变量R为半径绘制圆，沿上一步得到的最终中心轨迹线扫描，生成石油平台结构管线喷涂机器人喷枪轨迹空间。

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