CN116921950A - 一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统 - Google Patents

一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统 Download PDF

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CN116921950A
CN116921950A CN202311005583.2A CN202311005583A CN116921950A CN 116921950 A CN116921950 A CN 116921950A CN 202311005583 A CN202311005583 A CN 202311005583A CN 116921950 A CN116921950 A CN 116921950A
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朱凌枫
王飞鸿
李想
舒召民
陈焱龙
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K37/00Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02Carriages for supporting the welding or cutting element
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1602Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1656Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning

Abstract

本发明属于智能制造技术领域,公开了一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统,可以在虚拟环境中定义虚拟焊缝和完成焊接机器人自动焊接任务。系统包括虚拟环境、虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块、焊缝编辑模块、焊接轨迹生成模块;将待焊接工件、工作台和焊接机器人的三维模型以相对位姿导入到虚拟环境,可以通过虚拟焊缝识别与分类模块自动识别待焊接工件三维模型上的所有焊缝和焊缝类别或者通过焊缝定义模块人工定义焊缝,也可以两者结合使用,用户通过焊缝编辑模块删除或修改定义好的焊缝。用户在焊缝编辑模块中定义焊接顺序和插入过渡点后,焊接轨迹生成模块基于虚拟焊缝识别与分类模块智能识别的焊缝信息或用户通过焊缝定义模块定义的焊缝信息,自动生成焊接机器人的焊接轨迹,焊接机器人沿着焊接轨迹自动焊接。采用本发明能够实现焊接机器人沿着用户定义的虚拟焊缝自动焊接,适用于各种焊接工件,拥有操作简单、方便快捷的优点。

Description

一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统
技术领域
本发明属于智能制造技术和机器人自动焊接技术领域,特别涉及一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统。
背景技术
在焊接工程领域,人工焊接的劳动强度大、焊接质量不稳定、生产效率低,且需要一定的技能和经验,在高温、高压、有害气体等环境下进行焊接,对工人的安全和健康会带来一定的威胁。传统机器人焊接采用示教编程控制的方式,但这种方式需要操作人员将机器人手臂移动到所需位置,需要一定的操作技能和经验,编程难度较大,编程周期较长,效率不高,且示教编程需要操作人员进行手动示教,存在一定的误差和不稳定性。采用离线编程技术的焊接机器人焊接方法可以较好地解决焊接机器人在示教编程方式中存在的问题,目前市面上相关的焊接机器人离线编程软件大多通过人工操作来定义焊缝轨迹,步骤繁杂,费时费力,操作复杂,且需要一定的经验。因此设计一种智能识别虚拟焊缝、能够快速定义虚拟焊缝的系统很有必要。
发明内容
针对现有的焊接机器人自动焊接技术的欠缺,本发明的目的是提供一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统,采用本发明能够实现焊接机器人沿着用户定义的虚拟焊缝自动焊接,适用于各种焊接工件,拥有操作简单、方便快捷的优点。
本发明的目的是通过如下途径实现的:一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统,包括虚拟环境、虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块、焊缝编辑模块、焊接轨迹生成模块;
其中所述虚拟环境用于显示待焊接工件、焊接机器人、焊接工具及工作台的三维模型,并能获取三维模型的点、线、面几何特征信息;
其中所述虚拟焊缝识别与分类模块是指导入待焊接工件的三维模型后,遍历待焊接工件上所有边的几何信息,自动识别待焊接工件上的焊缝以及焊缝类型,自动根据焊缝相对于待焊接工件的空间位置信息生成对应的末端焊枪位姿,并根据焊缝类型用不同颜色生成每条焊缝的可视化三维模型;
其中所述焊缝类型包括但不限于立焊、角焊、平焊;
其中所述末端焊枪位姿是指焊接机器人焊接焊缝时固定在焊接机器人末端的焊枪的位姿;
其中所述焊缝定义模块包括辅助工具和焊缝定义工具两部分,用户在虚拟环境中利用辅助工具创建辅助点、线、面,基于辅助工具创建的点、线、面和待焊接工件三维模型的几何特征信息来修改、创建不同类型的焊缝和定义末端焊枪位姿,并对每条焊缝进行离散化得到每条焊缝离散后的点位信息和末端焊枪位姿;
其中所述辅助工具包括但不限于等分工具、平移工具、最短线段、操纵器;
其中所述等分工具是指获得虚拟空间中任意的线段、圆弧、曲线指定的等分点;
其中所述平移工具是指对虚拟空间中的点、线、面进行平移,包括但不限于沿着指定方向和距离平移,指定方向可以为两个点之间的方向、直线的切向方向、面的法线方向;
其中所述最短线段是指获取虚拟空间中任意两个点、线、面之间的最短线段,以帮助用户更准确地定义焊缝;
其中所述操纵器是指对虚拟空间中的点、线、面进行平移、旋转、缩放等操作;
其中所述焊缝定义工具是指用户通过选择虚拟空间中的点、线、面来创建不同类型的焊缝,并定义机器人末端焊枪的位姿,以实现自动化焊接;
其中所述焊缝编辑模块包含焊缝信息可视化列表,焊缝信息可视化列表储存虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块定义好的焊缝的焊缝信息,焊缝信息为焊缝离散后的点位信息和机器人末端焊枪位姿,当用户选中焊缝信息可视化列表中的一条焊缝信息,虚拟环境中对应的焊缝可视化三维模型高亮显示,当选中一个焊缝可视化三维模型,焊缝信息可视化列表中对应的焊缝信息亦高亮显示,用户可以选中焊缝信息可视化列表中的任意焊缝信息来修改和删除焊缝信息,也可以通过选中虚拟环境中焊缝的可视化三维模型来进行修改和删除焊缝信息,对于多条焊缝,用户可以通过改变焊缝信息可视化列表中焊缝信息的排列顺序来定义实际焊接工作中焊接的顺序,也可以在两两焊缝之间通过焊缝定义模块中的辅助工具创建辅助点来定义过渡点或者定义一个安全平面高度,用于将相邻焊缝连接成连贯的焊接机器人焊接轨迹;
其中所述过渡点,是指焊接机器人焊接完一条焊缝后焊接下一条焊缝前,为避免焊枪与待焊接工件发生碰撞,焊接机器人先移动到过渡点,再移动到下一条焊缝的起点进行焊接;
其中所述安全平面高度,是指焊接机器人焊接完一条焊缝后,在焊接下一条焊缝前为了避免焊枪与待焊接工件发生碰撞,焊接机器人末端焊枪向上退到一个安全的高度,在安全的高度上平移到下一条焊缝的起点的上方再下降到焊缝的起点进行焊接;
其中所述焊接轨迹生成模块,是指基于自动识别的待焊接工件上的焊缝以及用户在虚拟环境中所定义的焊缝轨迹,结合用户定义的焊接顺序和插入的过渡点或定义的安全平面高度自动生成焊接机器人焊接轨迹;
该系统执行焊缝定义任务时,包括以下步骤:
步骤1、将待焊接工件、工作台和焊接机器人的三维模型以相对位姿导入到虚拟环境;
步骤2、用户可选择智能识别焊缝或人工定义焊缝,若选择智能识别焊缝,则继续执行,若选择人工定义焊缝,则跳至步骤4a;
步骤3a、虚拟焊缝识别与分类模块识别待焊接工件上所有的焊缝以及焊缝类型并生成每条焊缝的末端焊枪位姿,并生成焊缝可视化三维模型;
其中所述虚拟焊缝识别与分类模块识别待焊接工件上所有的焊缝以及焊缝类型并生成每条焊缝的末端焊枪位姿,其具体方法和步骤为:
人工对虚拟环境中待焊接工件的三维模型定义一个基准面后,系统遍历待焊接工件与工件之间相交的所有线段,并获取相交线段的切向向量以及产生相交线段的两个相交面的法向量,对于每一条相交线段,先计算相交线段的切线向量与基准面法向量之间的焊缝垂直夹角:
若焊缝垂直夹角为90°,则为立焊,计算平行于相交线段的两个相交面法向量之间的夹角的角平分线的方向向量,生成的末端焊枪位姿平行于角平分线的方向向量且垂直于相交线段的切向向量;
若焊缝垂直夹角不为90°,再计算相交线段的两个相交面法向量之间的相交面夹角:
若相交面夹角为0°,则为平焊,生成的末端焊枪位姿平行于相交线段的两个相交面的法向量;若相交面夹角不为0°,则为角焊,计算相交线段的两个相交面的法向量与基准面法向量之间的夹角,再计算位于相交线段的两个相交面的法向量之间且与基准面法向量夹角较小的相交面的法向量成30°的方向向量,生成的末端焊枪位姿平行于该方向向量且垂直于相交线段的切向向量。
步骤3b、用户通过焊缝编辑模块选中步骤3a生成的焊缝可视化三维模型来删除不必要的焊缝或修改焊缝的点位信息和末端焊枪位姿,若需要人工定义焊缝,则继续执行,否则跳至步骤5;
步骤4a、用户通过焊缝定义模块创建焊缝和定义末端焊枪位姿,得到离散化后的焊缝点位信息以及焊枪的位姿信息;
步骤4b、用户通过焊缝编辑模块对步骤4a生成的焊缝点位信息和末端焊枪位姿进行修改;
步骤5、储存步骤3b或步骤4b在焊缝编辑模块修改后的焊缝点位信息和末端焊枪位姿,用户通过焊缝编辑模块定义焊接顺序、插入过渡点或定义安全平面高度;
其中所述插入过渡点,是指在两两焊缝之间插入过渡点,过渡点可以通过辅助工具来创建,定义好过渡点后系统自动生成第一条焊缝的终点经过过渡点再到第二条焊缝的起点的过渡曲线,也可以通过设置一个默认的安全平面高度,系统在每一条焊缝的终点都自动生成一条退刀到安全高度平面并进刀到下一条焊缝起点的过渡曲线,最后系统将所有焊缝和过渡曲线连接起来并通过焊接轨迹生成模块生成焊接机器人焊接轨迹。
步骤6、基于步骤5插入的过渡点和定义的焊接顺序,焊接轨迹生成模块自动生成焊接机器人的焊接轨迹,并在虚拟环境中显示焊接机器人的焊接过程动画仿真,最后生成机器人运动控制代码;
步骤7、将步骤6生成的运动控制代码上传到焊接机器人,定义焊接工具工艺参数,启动焊接工具,焊接机器人沿着步骤6生成的焊接机器人的焊接轨迹运动。
结合上述的所有技术方案,本发明的优点在于:采用本发明能够在虚拟环境中方便快捷的定义待焊接工件三维模型上的虚拟焊缝,适用于各种焊接工件,只需要将待焊接工件的三维模型导入到虚拟环境中,用户就能利用本发明方便快速的定义虚拟焊缝,焊接机器人便能沿着用户定义的焊缝开始焊接,拥有操作简单、方便快捷的优点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义,本文所使用的所有技术用语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同,本文在本发明的说明书中所使用的属于只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在限制于本发明。
本发明实施例提供的基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统,包括虚拟环境、虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块、焊缝编辑模块、焊接轨迹生成模块;
其中所述虚拟环境用于显示待焊接工件、焊接机器人、焊接工具及工作台的三维模型,并能获取三维模型的点、线、面几何特征信息;
其中所述虚拟焊缝识别与分类模块是指导入待焊接工件的三维模型后,遍历待焊接工件上所有边的几何信息,自动识别待焊接工件上的焊缝以及焊缝类型,自动根据焊缝相对于待焊接工件的空间位置信息生成对应的末端焊枪位姿,并根据焊缝类型用不同颜色生成每条焊缝的可视化三维模型;
其中所述焊缝类型包括但不限于立焊、角焊、平焊;
其中所述末端焊枪位姿是指焊接机器人焊接焊缝时固定在焊接机器人末端的焊枪的位姿;
其中所述焊缝定义模块包括辅助工具和焊缝定义工具两部分,用户在虚拟环境中利用辅助工具创建辅助点、线、面,基于辅助工具创建的点、线、面和待焊接工件三维模型的几何特征信息来修改、创建不同类型的焊缝和定义末端焊枪位姿,并对每条焊缝进行离散化得到每条焊缝离散后的点位信息和末端焊枪位姿;
其中所述辅助工具包括但不限于等分工具、平移工具、最短线段、操纵器;
其中所述等分工具是指获得虚拟空间中任意的线段、圆弧、曲线指定的等分点;
其中所述平移工具是指对虚拟空间中的点、线、面进行平移,包括但不限于沿着指定方向和距离平移,指定方向可以为两个点之间的方向、直线的切向方向、面的法线方向;
其中所述最短线段是指获取虚拟空间中任意两个点、线、面之间的最短线段,以帮助用户更准确地定义焊缝;
其中所述操纵器是指对虚拟空间中的点、线、面进行平移、旋转、缩放等操作;
其中所述焊缝定义工具是指用户通过选择虚拟空间中的点、线、面来创建不同类型的焊缝,并定义机器人末端焊枪的位姿,以实现自动化焊接;
其中所述焊缝编辑模块包含焊缝信息可视化列表,焊缝信息可视化列表储存虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块定义好的焊缝的焊缝信息,焊缝信息为焊缝离散后的点位信息和机器人末端焊枪位姿,当用户选中焊缝信息可视化列表中的一条焊缝信息,虚拟环境中对应的焊缝可视化三维模型高亮显示,当选中一个焊缝可视化三维模型,焊缝信息可视化列表中对应的焊缝信息亦高亮显示,用户可以选中焊缝信息可视化列表中的任意焊缝信息来修改和删除焊缝信息,也可以通过选中虚拟环境中焊缝的可视化三维模型来进行修改和删除焊缝信息,对于多条焊缝,用户可以通过改变焊缝信息可视化列表中焊缝信息的排列顺序来定义实际焊接工作中焊接的顺序,也可以在两两焊缝之间通过焊缝定义模块中的辅助工具创建辅助点来定义过渡点或者定义一个安全平面高度,用于将相邻焊缝连接成连贯的焊接机器人焊接轨迹;
其中所述过渡点,是指焊接机器人焊接完一条焊缝后焊接下一条焊缝前,为避免焊枪与待焊接工件发生碰撞,焊接机器人先移动到过渡点,再移动到下一条焊缝的起点进行焊接;
其中所述安全平面高度,是指焊接机器人焊接完一条焊缝后,在焊接下一条焊缝前为了避免焊枪与待焊接工件发生碰撞,焊接机器人末端焊枪向上退到一个安全的高度,在安全的高度上平移到下一条焊缝的起点的上方再下降到焊缝的起点进行焊接;
其中所述焊接轨迹生成模块,是指基于自动识别的待焊接工件上的焊缝以及用户在虚拟环境中所定义的焊缝轨迹,结合用户定义的焊接顺序和插入的过渡点或定义的安全平面高度自动生成焊接机器人焊接轨迹;
该系统执行焊缝定义任务时,包括以下步骤:
步骤1、将待焊接工件、工作台和焊接机器人的三维模型以相对位姿导入到虚拟环境;
步骤2、用户可选择智能识别焊缝或人工定义焊缝,若选择智能识别焊缝,则继续执行,若选择人工定义焊缝,则跳至步骤4a;
步骤3a、虚拟焊缝识别与分类模块识别待焊接工件上所有的焊缝以及焊缝类型并生成每条焊缝的末端焊枪位姿,并生成焊缝可视化三维模型;
其中所述虚拟焊缝识别与分类模块识别待焊接工件上所有的焊缝以及焊缝类型并生成每条焊缝的末端焊枪位姿,其具体方法和步骤为:
人工对虚拟环境中待焊接工件的三维模型定义一个基准面后,系统遍历待焊接工件与工件之间相交的所有线段,并获取相交线段的切向向量以及产生相交线段的两个相交面的法向量,对于每一条相交线段,先计算相交线段的切线向量与基准面法向量之间的焊缝垂直夹角:
若焊缝垂直夹角为90°,则为立焊,计算平行于相交线段的两个相交面法向量之间的夹角的角平分线的方向向量,生成的末端焊枪位姿平行于角平分线的方向向量且垂直于相交线段的切向向量;
若焊缝垂直夹角不为90°,再计算相交线段的两个相交面法向量之间的相交面夹角:
若相交面夹角为0°,则为平焊,生成的末端焊枪位姿平行于相交线段的两个相交面的法向量;
若相交面夹角不为0°,则为角焊,计算相交线段的两个相交面的法向量与基准面法向量之间的夹角,再计算位于相交线段的两个相交面的法向量之间且与基准面法向量夹角较小的相交面的法向量成30°的方向向量,生成的末端焊枪位姿平行于该方向向量且垂直于相交线段的切向向量。
步骤3b、用户通过焊缝编辑模块选中步骤3a生成的焊缝可视化三维模型来删除不必要的焊缝或修改焊缝的点位信息和末端焊枪位姿,若需要人工定义焊缝,则继续执行,否则跳至步骤5;
步骤4a、用户通过焊缝定义模块创建焊缝和定义末端焊枪位姿,得到离散化后的焊缝点位信息以及焊枪的位姿信息;
步骤4b、用户通过焊缝编辑模块对步骤4a生成的焊缝点位信息和末端焊枪位姿进行修改;
步骤5、储存步骤3b或步骤4b在焊缝编辑模块修改后的焊缝点位信息和末端焊枪位姿,用户通过焊缝编辑模块定义焊接顺序、插入过渡点或定义安全平面高度;
其中所述插入过渡点,是指在两两焊缝之间插入过渡点,过渡点可以通过辅助工具来创建,定义好过渡点后系统自动生成第一条焊缝的终点经过过渡点再到第二条焊缝的起点的过渡曲线,也可以通过设置一个默认的安全平面高度,系统在每一条焊缝的终点都自动生成一条退刀到安全高度平面并进刀到下一条焊缝起点的过渡曲线,最后系统将所有焊缝和过渡曲线连接起来并通过焊接轨迹生成模块生成焊接机器人焊接轨迹。
步骤6、基于步骤5插入的过渡点和定义的焊接顺序,焊接轨迹生成模块自动生成焊接机器人的焊接轨迹,并在虚拟环境中显示焊接机器人的焊接过程动画仿真,最后生成机器人运动控制代码;
步骤7、将步骤6生成的运动控制代码上传到焊接机器人,定义焊接工具工艺参数,启动焊接工具,焊接机器人沿着步骤6生成的焊接机器人的焊接轨迹运动。
以上的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (3)

1.一种基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统,其特征在于:
该系统包括虚拟环境、虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块、焊缝编辑模块、焊接轨迹生成模块;
其中所述虚拟环境用于显示待焊接工件、焊接机器人、焊接工具及工作台的三维模型,并能获取三维模型的点、线、面几何特征信息;
其中所述虚拟焊缝识别与分类模块是指导入待焊接工件的三维模型后,遍历待焊接工件上所有边的几何信息,自动识别待焊接工件上的焊缝以及焊缝类型,自动根据焊缝相对于待焊接工件的空间位置信息生成对应的末端焊枪位姿,并根据焊缝类型用不同颜色生成每条焊缝的可视化三维模型;
其中所述焊缝类型包括但不限于立焊、角焊、平焊;
其中所述末端焊枪位姿是指焊接机器人焊接焊缝时固定在焊接机器人末端的焊枪的位姿;
其中所述焊缝定义模块包括辅助工具和焊缝定义工具两部分,用户在虚拟环境中利用辅助工具创建辅助点、线、面,基于辅助工具创建的点、线、面和待焊接工件三维模型的几何特征信息来修改、创建不同类型的焊缝和定义末端焊枪位姿,并对每条焊缝进行离散化得到每条焊缝离散后的点位信息和末端焊枪位姿;
其中所述辅助工具包括但不限于等分工具、平移工具、最短线段、操纵器;
其中所述等分工具是指获得虚拟空间中任意的线段、圆弧、曲线指定的等分点;
其中所述平移工具是指对虚拟空间中的点、线、面进行平移,包括但不限于沿着指定方向和距离平移,指定方向可以为两个点之间的方向、直线的切向方向、面的法线方向;
其中所述最短线段是指获取虚拟空间中任意两个点、线、面之间的最短线段,以帮助用户更准确地定义焊缝;
其中所述操纵器是指对虚拟空间中的点、线、面进行平移、旋转、缩放等操作;
其中所述焊缝定义工具是指用户通过选择虚拟空间中的点、线、面来创建不同类型的焊缝,并定义机器人末端焊枪的位姿,以实现自动化焊接;
其中所述焊缝编辑模块包含焊缝信息可视化列表,焊缝信息可视化列表储存虚拟焊缝识别与分类模块、焊缝定义模块定义好的焊缝的焊缝信息,焊缝信息为焊缝离散后的点位信息和机器人末端焊枪位姿,当用户选中焊缝信息可视化列表中的一条焊缝信息,虚拟环境中对应的焊缝可视化三维模型高亮显示,当选中一个焊缝可视化三维模型,焊缝信息可视化列表中对应的焊缝信息亦高亮显示,用户可以选中焊缝信息可视化列表中的任意焊缝信息来修改和删除焊缝信息,也可以通过选中虚拟环境中焊缝的可视化三维模型来进行修改和删除焊缝信息,对于多条焊缝,用户可以通过改变焊缝信息可视化列表中焊缝信息的排列顺序来定义实际焊接工作中焊接的顺序,也可以在两两焊缝之间通过焊缝定义模块中的辅助工具创建辅助点来定义过渡点或者定义一个安全平面高度,用于将相邻焊缝连接成连贯的焊接机器人焊接轨迹;
其中所述过渡点,是指焊接机器人焊接完一条焊缝后焊接下一条焊缝前,为避免焊枪与待焊接工件发生碰撞,焊接机器人先移动到过渡点,再移动到下一条焊缝的起点进行焊接;
其中所述安全平面高度,是指焊接机器人焊接完一条焊缝后,在焊接下一条焊缝前为了避免焊枪与待焊接工件发生碰撞,焊接机器人末端焊枪向上退到一个安全的高度,在安全的高度上平移到下一条焊缝的起点的上方再下降到焊缝的起点进行焊接;
其中所述焊接轨迹生成模块,是指基于自动识别的待焊接工件上的焊缝以及用户在虚拟环境中所定义的焊缝轨迹,结合用户定义的焊接顺序和插入的过渡点或定义的安全平面高度自动生成焊接机器人焊接轨迹;
该系统执行焊缝定义任务时,包括以下步骤:
步骤1、将待焊接工件、工作台和焊接机器人的三维模型以相对位姿导入到虚拟环境;
步骤2、用户可选择智能识别焊缝或人工定义焊缝,若选择智能识别焊缝,则继续执行,若选择人工定义焊缝,则跳至步骤4a;
步骤3a、虚拟焊缝识别与分类模块识别待焊接工件上所有的焊缝以及焊缝类型并生成每条焊缝的末端焊枪位姿,并生成焊缝可视化三维模型;
步骤3b、用户通过焊缝编辑模块选中步骤3a生成的焊缝可视化三维模型来删除不必要的焊缝或修改焊缝的点位信息和末端焊枪位姿,若需要人工定义焊缝,则继续执行,否则跳至步骤5;
步骤4a、用户通过焊缝定义模块创建焊缝和定义末端焊枪位姿,得到离散化后的焊缝点位信息以及焊枪的位姿信息;
步骤4b、用户通过焊缝编辑模块对步骤4a生成的焊缝点位信息和末端焊枪位姿进行修改;
步骤5、储存步骤3b或步骤4b在焊缝编辑模块修改后的焊缝点位信息和末端焊枪位姿,用户通过焊缝编辑模块定义焊接顺序、插入过渡点或定义安全平面高度;
步骤6、基于步骤5插入的过渡点和定义的焊接顺序,焊接轨迹生成模块自动生成焊接机器人的焊接轨迹,并在虚拟环境中显示焊接机器人的焊接过程动画仿真,最后生成机器人运动控制代码;
步骤7、将步骤6生成的运动控制代码上传到焊接机器人,定义焊接工具工艺参数,启动焊接工具,焊接机器人沿着步骤6生成的焊接机器人的焊接轨迹运动。
2.根据权利要求书1所述的基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统,其特征在于:所述步骤3a中的虚拟焊缝识别与分类模块识别待焊接工件上所有的焊缝以及焊缝类型并生成每条焊缝的末端焊枪位姿,其具体方法和步骤为:
人工对虚拟环境中待焊接工件的三维模型定义一个基准面后,系统遍历待焊接工件与工件之间相交的所有线段,并获取相交线段的切向向量以及产生相交线段的两个相交面的法向量,对于每一条相交线段,先计算相交线段的切线向量与基准面法向量之间的焊缝垂直夹角:
若焊缝垂直夹角为90°,则为立焊,计算平行于相交线段的两个相交面法向量之间的夹角的角平分线的方向向量,生成的末端焊枪位姿平行于角平分线的方向向量且垂直于相交线段的切向向量;
若焊缝垂直夹角不为90°,再计算相交线段的两个相交面法向量之间的相交面夹角:
若相交面夹角为0°,则为平焊,生成的末端焊枪位姿平行于相交线段的两个相交面的法向量;
若相交面夹角不为0°,则为角焊,计算相交线段的两个相交面的法向量与基准面法向量之间的夹角,再计算位于相交线段的两个相交面的法向量之间且与基准面法向量夹角较小的相交面的法向量成30°的方向向量,生成的末端焊枪位姿平行于该方向向量且垂直于相交线段的切向向量。
3.根据权利要求书1所述的基于虚拟焊缝定义的机器人自动焊接系统,其特征在于:所述步骤5中的插入过渡点,是指在两两焊缝之间插入过渡点,过渡点可以通过辅助工具来创建,定义好过渡点后系统自动生成第一条焊缝的终点经过过渡点再到第二条焊缝的起点的过渡曲线,也可以通过设置一个默认的安全平面高度,系统在每一条焊缝的终点都自动生成一条退刀到安全高度平面并进刀到下一条焊缝起点的过渡曲线,最后系统将所有焊缝和过渡曲线连接起来并通过焊接轨迹生成模块生成焊接机器人焊接轨迹。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117283206A (zh) * 2023-11-27 2023-12-26 佛山墨家科技有限公司 一种焊接机器人焊缝轨迹确认方法

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