CN117400267B - 机器人焊接路径生成方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人焊接技术领域,提供了一种机器人焊接路径生成方法、装置、计算机设备和存储介质,该方法包括步骤:获取焊缝数据;设置默认规划选项;设置特定点位分类的规划选项;配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数;设置焊缝到路径模板的映射,将路径模板的标识写入焊缝属性中;计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,得到机器人的焊接路径;验证轨迹点数据,判断机器人的焊接路径是否满足预设要求,若是则结束,若否则调整所述特定点位分类的规划选项和/或所述生成参数后再重新获取机器人的焊接路径。本发明有利于复用规划数据,使规划数据适用于具有相似特征的焊缝,以减少重复劳动,提高机器人焊接路径的生成效率。
Description
技术领域
本发明涉及机器人焊接技术领域,尤其涉及一种面向船舶片体结构的机器人焊接路径生成方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
在如今的焊接领域,机器人正在被大量应用,对于结构简单的工件大多采用手工示教的方式进行焊接,但对于结构复杂的工件手工示教的难度就会大幅上升,零件尺寸、装配方式、焊接方向等不同都会使示教数据无法使用,这时就需要用户重新示教焊接轨迹,手工示教的方式需要人工重复示教大量焊缝,这样既影响生产进度也不利于保证焊接质量,因此需要通过引入离线编程技术进行路径规划,对于离线编程如何快速准备规划数据,并且使规划数据适用于具有相似特征的焊缝是一个技术难点。
发明内容
为解决以上难点,本发明提供了一种机器人焊接路径离线规划生成方法、装置、计算机设备和存储介质,避免无法快速进行机器人焊接路径规划进行焊接,造成对于结构复杂的工件手工示教的难度就会大幅上升的技术问题。
本发明的技术方案是:
一方面,本发明提供了一种机器人焊接路径离线规划生成方法,包括以下步骤:
获取焊缝数据,所述焊缝数据包括轮廓点坐标、连接面夹角、连接面法向量;
设置默认规划选项,所述默认规划选项包括工具选项、运动选项、路径插补选项、外部轴选项;
设置特定点位分类的规划选项,所述特定点位分类的规划选项包括工具选项、运动选项,所述特定点位分类的规划选项的优先级高于默认规划选项;
配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数,所述生成参数包括位置参数、工具选项、运动选项、外部轴选项;
设置焊缝到路径模板的映射,将路径模板的标识写入焊缝属性中;
计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,遍历焊缝,读取路径模板中的轨迹点的生成参数,代入焊缝轮廓点坐标计算出轨迹点位置,代入连接面夹角和连接面法向量计算出到达轨迹点时的焊枪姿态,进一步计算出外部轴关节值,通过机器人逆运动学算法求出机器人本体关节值,得到机器人的焊接路径;
验证轨迹点数据,判断机器人的焊接路径是否满足预设要求,若是则结束,若否则调整所述特定点位分类的规划选项和/或所述生成参数后再重新获取机器人的焊接路径。
进一步的,在所述设置默认规划选项步骤中,所述工具选项包括是否以焊接面角平分线为0度旋转倾斜角、倾斜角度、推拉角度、工具旋转角度;所述运动选项包括运动方式、运动速度、轴配置、机器人基坐标系、末端工具;所述路径插补选项包括插补方式、插补密度、插补阈值;所述外部轴选项包括外部轴运动方式、参考点标识、位置参考值、外部轴运动速度。
进一步的,在所述设置特定点位分类的规划选项步骤中,所述特定点位分类指将点位按其特征进行的归类,将用于避障设置的空间点归为安全点,将开始焊接的点归为起点,将结束焊接的点归为终点。
进一步的,在所述配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数步骤中,所述位置参数包括坐标偏移量、坐标偏移参考方向、偏移参考点类型及偏移参考点标识。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,轨迹点位置的计算方法为:根据偏移参考点类型确定目标点位需要参照焊缝轮廓点还是其他轨迹点进行偏移,若需参照焊缝轮廓点偏移,则根据偏移参考点标识找到对应的焊缝轮廓点数据取出坐标值cr,若需参照其他轨迹点偏移,则根据偏移参考点标识找出对应的轨迹点pr取出坐标值cr,若无法找到轨迹点pr则先计算轨迹点pr的位置,照此递归直至可以获得确定的坐标值,按坐标偏移参考方向确定变换矩阵m,根据坐标偏移量建立向量v,通过ct=cr+(m×v)得到目标轨迹点位置ct。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,到达轨迹点时的焊枪姿态的计算方法为:以连接板法向量作为n向量,底板法向量作为a向量构建出变换矩阵mi,获取相对倾斜角度αtr,若以焊接面角平分线为0度旋转倾斜角则从焊缝数据中获取连接面夹角αc,再通过αta=αtr+αc / 2+π计算出实际倾斜角度αta,绕mi的Y轴旋转αta可得到变换矩阵mi’,由焊缝焊接方向可得到向量o,取mi’的a向量,由o、a向量构建出初始姿态坐标系ma,获取推拉角度αs,绕ma的X轴旋转αs可得到姿态矩阵ma’ ,获取工具旋转角度αr,绕ma’的Z轴旋转αr可得到目标姿态矩阵,所述目标姿态矩阵表示到达轨迹点时的焊枪姿态。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,外部轴关节值的计算方法为:通过参考点标识获取参考轨迹点并提取坐标值,将坐标值按位置参考值偏移后得到外部轴关节值。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,机器人本体关节值的计算方法为:在确定轨迹点末端位姿和外部轴位置后,若存在有效构型则通过逆运动学算法得到多组关节值,根据轴配置选项选取所需的关节值组。
另一方面,提供了一种机器人焊接路径生成装置,所述装置包括:
焊缝数据获取模块,用于获取焊缝数据,所述焊缝数据包括轮廓点坐标、连接面夹角、连接面法向量;
默认规划选项设置模块,用于设置默认规划选项,所述默认规划选项包括工具选项、运动选项、路径插补选项、外部轴选项;
特定点位分类选项设置模块,用于设置特定点位分类的规划选项,所述特定点位分类的规划选项包括工具选项、运动选项,所述特定点位分类的规划选项的优先级高于默认规划选项;
生成参数设置模块,用于配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数,所述生成参数包括位置参数、工具选项、运动选项、外部轴选项;
路径模板标识设置模块,用于设置焊缝到路径模板的映射,将路径模板的标识写入焊缝属性中;
焊接路径获取模块,用于计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,遍历焊缝,读取路径模板中的轨迹点的生成参数,代入焊缝轮廓点坐标计算出轨迹点位置,代入连接面夹角和连接面法向量计算出到达轨迹点时的焊枪姿态,进一步计算出外部轴关节值,通过机器人逆运动学算法求出机器人本体关节值,得到机器人的焊接路径;
焊接路径调整模块,用于验证轨迹点数据,判断机器人的焊接路径是否满足预设要求,若是则结束,若否则调整所述特定点位分类的规划选项和/或所述生成参数后再重新获取机器人的焊接路径。
再一方面,提供了一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤:
获取焊缝数据,所述焊缝数据包括轮廓点坐标、连接面夹角、连接面法向量;
设置默认规划选项,所述默认规划选项包括工具选项、运动选项、路径插补选项、外部轴选项;
设置特定点位分类的规划选项,所述特定点位分类的规划选项包括工具选项、运动选项,所述特定点位分类的规划选项的优先级高于默认规划选项;
配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数,所述生成参数包括位置参数、工具选项、运动选项、外部轴选项;
设置焊缝到路径模板的映射,将路径模板的标识写入焊缝属性中;
计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,遍历焊缝,读取路径模板中的轨迹点的生成参数,代入焊缝轮廓点坐标计算出轨迹点位置,代入连接面夹角和连接面法向量计算出到达轨迹点时的焊枪姿态,进一步计算出外部轴关节值,通过机器人逆运动学算法求出机器人本体关节值,得到机器人的焊接路径;
验证轨迹点数据,判断机器人的焊接路径是否满足预设要求,若是则结束,若否则调整所述特定点位分类的规划选项和/或所述生成参数后再重新获取机器人的焊接路径。
又一方面,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
获取焊缝数据,所述焊缝数据包括轮廓点坐标、连接面夹角、连接面法向量;
设置默认规划选项,所述默认规划选项包括工具选项、运动选项、路径插补选项、外部轴选项;
设置特定点位分类的规划选项,所述特定点位分类的规划选项包括工具选项、运动选项,所述特定点位分类的规划选项的优先级高于默认规划选项;
配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数,所述生成参数包括位置参数、工具选项、运动选项、外部轴选项;
设置焊缝到路径模板的映射,将路径模板的标识写入焊缝属性中;
计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,遍历焊缝,读取路径模板中的轨迹点的生成参数,代入焊缝轮廓点坐标计算出轨迹点位置,代入连接面夹角和连接面法向量计算出到达轨迹点时的焊枪姿态,进一步计算出外部轴关节值,通过机器人逆运动学算法求出机器人本体关节值,得到机器人的焊接路径;
验证轨迹点数据,判断机器人的焊接路径是否满足预设要求,若是则结束,若否则调整所述特定点位分类的规划选项和/或所述生成参数后再重新获取机器人的焊接路径。
上述机器人焊接路径生成方法、装置、计算机设备和存储介质,利用对焊缝设计数据的分析处理,藉由定义焊接规划选项,配置焊接路径模板来参数化焊接路径,以达简化路径创建过程的需要,有利于减少机器人路径设计人员的重复劳动,提高机器人焊接路径的生成效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个实施例中机器人焊接路径生成方法的流程示意图;
图2为本申请一个实施例中机器人焊接路径生成方法的逻辑图;
图3为本申请一个实施例中片体工件模型示意图;
图4为本申请一个实施例中焊缝示意图;
图5为本申请一个实施例中工件左视图;
图6为本申请一个实施例中工件正视图;
图7为本申请一个实施例中工件俯视图;
图8为本申请一个实施例中机器人焊接路径生成装置的结构框图;
图9为本申请一个实施例中计算机设备的内部结构图。
附图标记:
1、片体工件;
2、焊接底板;
3、焊接立板;
4、焊缝;
5、推拉角αs;
6、倾斜角αta;
7、工具旋转角αr;
11、焊缝数据获取模块;
12、默认规划选项设置模块;
13、特定点位分类选项设置模块;
14、生成参数设置模块;
15、路径模板标识设置模块;
16、焊接路径获取模块;
17、焊接路径调整模块。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
实施例1:在实施例1中,如图1、图2所示,提供了一种机器人焊接路径生成方法,包括以下步骤:
步骤S1,获取焊缝数据,所述焊缝数据包括轮廓点坐标、连接面夹角、连接面法向量;
步骤S2,设置默认规划选项,所述默认规划选项包括工具选项、运动选项、路径插补选项、外部轴选项;
步骤S3,设置特定点位分类的规划选项,所述特定点位分类的规划选项包括工具选项、运动选项,所述特定点位分类的规划选项的优先级高于默认规划选项;
步骤S4,配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数,所述生成参数包括位置参数、工具选项、运动选项、外部轴选项;
步骤S5,设置焊缝到路径模板的映射,将路径模板的标识写入焊缝属性中;
步骤S6,计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,遍历焊缝,读取路径模板中的轨迹点的生成参数,代入焊缝轮廓点坐标计算出轨迹点位置,代入连接面夹角和连接面法向量计算出到达轨迹点时的焊枪姿态,进一步计算出外部轴关节值,通过机器人逆运动学算法求出机器人本体关节值,得到机器人的焊接路径;
步骤S7,验证轨迹点数据,判断机器人的焊接路径是否满足预设要求,若是则结束,若否则调整所述特定点位分类的规划选项和/或所述生成参数后再重新获取机器人的焊接路径。
焊缝数据使用统一的中间数据结构存储。优选的,所述焊缝数据可由CAD软件生成。
可选的,若执行机构不存在外部轴,则可以忽略外部轴选项。
优选的,所述点位分类可以按目标场景动态添加。
可选的,若执行机构不存在外部轴,则可以忽略外部轴选项。
优选的,所述写入过程可使用分类算法自动完成。
可选的,当执行机构不存在外部轴时,可通过获取机器人当前位置来求出机器人本体关节值。
优选的,上述判断过程可通过将整个焊接过程进行虚拟仿真来实行。
进一步的,在所述设置默认规划选项步骤中,所述工具选项包括是否以焊接面角平分线为0度旋转倾斜角、倾斜角度、推拉角度、工具旋转角度;所述运动选项包括运动方式、运动速度、轴配置、机器人基坐标系、末端工具;所述路径插补选项包括插补方式、插补密度、插补阈值;所述外部轴选项包括外部轴运动方式、参考点标识、位置参考值、外部轴运动速度。
进一步的,在所述设置特定点位分类的规划选项步骤中,所述特定点位分类指将点位按其特征进行的归类,将用于避障设置的空间点归为安全点,将开始焊接的点归为起点,将结束焊接的点归为终点。
进一步的,在所述配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数步骤中,所述位置参数包括坐标偏移量、坐标偏移参考方向、偏移参考点类型及偏移参考点标识。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,轨迹点位置的计算方法为:根据偏移参考点类型确定目标点位需要参照焊缝轮廓点还是其他轨迹点进行偏移,若需参照焊缝轮廓点偏移,则根据偏移参考点标识找到对应的焊缝轮廓点数据取出坐标值cr,若需参照其他轨迹点偏移,则根据偏移参考点标识找出对应的轨迹点pr取出坐标值cr,若无法找到轨迹点pr则先计算轨迹点pr的位置,照此递归直至可以获得确定的坐标值,按坐标偏移参考方向确定变换矩阵m,根据坐标偏移量建立向量v,通过ct=cr+(m×v)得到目标轨迹点位置ct。
如图3至图7所示,图3为本申请一个实施例中片体工件模型示意图;图4为本申请一个实施例中焊缝示意图;图5为本申请一个实施例中工件左视图;图6为本申请一个实施例中工件正视图;图7为本申请一个实施例中工件俯视图。附图的标记为:1、片体工件;2、焊接底板;3、焊接立板;4、焊缝;5、推拉角αs;6、倾斜角αta;7、工具旋转角αr。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,到达轨迹点时的焊枪姿态的计算方法为:以连接板法向量作为n向量,底板法向量作为a向量构建出变换矩阵mi,获取相对倾斜角度αtr,若以焊接面角平分线为0度旋转倾斜角则从焊缝数据中获取连接面夹角αc,再通过αta=αtr+αc / 2+π计算出实际倾斜角度αta,绕mi的Y轴旋转αta可得到变换矩阵mi’,由焊缝焊接方向可得到向量o,取mi’的a向量,由o、a向量构建出初始姿态坐标系ma,获取推拉角度αs,绕ma的X轴旋转αs可得到姿态矩阵ma’ ,获取工具旋转角度αr,绕ma’的Z轴旋转αr可得到目标姿态矩阵,所述目标姿态矩阵表示到达轨迹点时的焊枪姿态。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,外部轴关节值的计算方法为:通过参考点标识获取参考轨迹点并提取坐标值,将坐标值按位置参考值偏移后得到外部轴关节值。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,机器人本体关节值的计算方法为:在确定轨迹点末端位姿和外部轴位置后,若存在有效构型则通过逆运动学算法得到多组关节值,根据轴配置选项选取所需的关节值组。
实施例2:参阅图1,在实施例2中公开了一种面向船舶片体结构的机器人焊接路径生成方法,具体实施时包括以下步骤:
(1)从CAD设计软件导出工件的设计数据,以某零件为例,其几何结构如图3所示;某焊缝A为连接底板1B与立板1P的平焊缝,将命名为W1,起点坐标为(-600, -475,535),终点坐标为(-600,475, 535),底板法向量为(0,0,1),立板法向量为(-1,0,0),连接角90°,将以上数据使用JSON字符串进行存储。
(2)设置默认选项包括工具选项、运动选项、路径插补选项、外部轴选项,其中,工具选项为以焊接面角平分线为0度旋转倾斜角,倾斜角度、推拉角度、工具旋转角度均为0,轴配置为0,焊接速度为7mm/s,运动选项为直线运动,参考世界系,路径插补选项为不做插补,实例中机器人具有X方向的外部轴,其值固定为-595.00。
(3)设置特定点位分类的规划选项,这里不设置工具选项,设置安全点的运动选项,设置运动方式为关节运动,设置运动速度为100%。
(4)配置焊接路径模板,将焊接模板命名为template-1G,目标路径中包括第一安全点、起点、终点、第二安全点这四个点位;设置它们的生成参数,其中,第一安全点的位置参数,设置点位类型为安全点,参考起点偏移,以加工坐标系为参考系,坐标偏移量为(100,100,200);起点的位置参数,设置点位类型为起点,参考焊缝起点,不做偏移;终点的位置参数,设置点位类型为终点,参考焊缝终点,不做偏移;第二安全点的位置参数,设置点位类型为安全点,参考终点偏移,以加工坐标系为参考系,坐标偏移量为(100,-100,200);各点位的工具选项、运动选项、外部轴选项沿用默认值,因此不做设置。
(5)设置焊缝到路径模板的映射,将模板标识template-1G写入焊缝A的模版属性。
(6)计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,遍历焊缝,得到焊缝W1,根据焊缝模板映射取出路径模板template-1G;依次读取模板中的轨迹点的生成参数;代入焊缝轮廓点坐标计算出轨迹点位置,计算得到第一安全点的坐标为(-700,-375, 735);起点的坐标为(-600, -475,535),终点的坐标为(-600,475, 535),第二安全点的坐标为(-700, 375,735);代入连接面夹角和连接面法向量计算出到达轨迹点时的焊枪姿态,计算得到第一安全点的姿态RPY角为(-170,45,0),起点的姿态RPY角为(-170,45,0),终点的姿态RPY角为(-170,45,0),第二安全点的姿态RPY角为(-170,45,0);进一步计算出外部轴关节值,计算得到第一安全点的外部轴X值为-595.00,起点的外部轴X值为-595.00,终点的外部轴X值为-595.00,第二安全点的外部轴X值为-595.00;通过机器人逆运动学算法求出机器人本体关节值,计算得到第一安全点的关节值为(109.39, -74.41, 16.62, -14.78, 37.05, -179.18),起点的关节值为(123.47, -45.99, -14.48, -33.51, 42.44, -170.58),终点的关节值为(56.53, -45.99, -14.48, 33.51, 42.44, -189.42),第二安全点的关节值为(70.61, -74.41, 16.62, 14.78, 37.05, -180.82);已知所有的点位信息,从而得到了机器人的焊接路径。
(7)验证轨迹点数据,建立仿真环境,将创建仿真程序,按以上点位数据添加运动指令,运行仿真,可见运动过程中未出现机器人点位不可达并且机器人未与其他物体产生干涉,确认路径满足要求,规划结束。
上述机器人焊接路径生成方法中,利用对焊缝设计数据的分析处理,藉由定义焊接规划选项,配置焊接路径模板来参数化焊接路径,以达简化路径创建过程的需要,有利于减少机器人路径设计人员的重复劳动,提高机器人焊接路径的生成效率。
在一个实施例中,如图8所示,提供了一种机器人焊接路径生成装置10,包括:焊缝数据获取模块11、默认规划选项设置模块12、特定点位分类选项设置模块13、生成参数设置模块14、路径模板标识设置模块15、焊接路径获取模块16和焊接路径调整模块17。
所述焊缝数据获取模块11用于获取焊缝数据,所述焊缝数据包括轮廓点坐标、连接面夹角、连接面法向量。
所述默认规划选项设置模块12用于设置默认规划选项,所述默认规划选项包括工具选项、运动选项、路径插补选项、外部轴选项。
所述特定点位分类选项设置模块13用于设置特定点位分类的规划选项,所述特定点位分类的规划选项包括工具选项、运动选项,所述特定点位分类的规划选项的优先级高于默认规划选项。
所述生成参数设置模块14用于配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数,所述生成参数包括位置参数、工具选项、运动选项、外部轴选项。
所述路径模板标识设置模块15用于设置焊缝到路径模板的映射,将路径模板的标识写入焊缝属性中。
所述焊接路径获取模块16用于计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,遍历焊缝,读取路径模板中的轨迹点的生成参数,代入焊缝轮廓点坐标计算出轨迹点位置,代入连接面夹角和连接面法向量计算出到达轨迹点时的焊枪姿态,进一步计算出外部轴关节值,通过机器人逆运动学算法求出机器人本体关节值,得到机器人的焊接路径。
所述焊接路径调整模块17用于验证轨迹点数据,判断机器人的焊接路径是否满足预设要求,若是则结束,若否则调整所述特定点位分类的规划选项和/或所述生成参数后再重新获取机器人的焊接路径。
进一步的,在所述设置默认规划选项步骤中,所述工具选项包括是否以焊接面角平分线为0度旋转倾斜角、倾斜角度、推拉角度、工具旋转角度;所述运动选项包括运动方式、运动速度、轴配置、机器人基坐标系、末端工具;所述路径插补选项包括插补方式、插补密度、插补阈值;所述外部轴选项包括外部轴运动方式、参考点标识、位置参考值、外部轴运动速度。
进一步的,在所述设置特定点位分类的规划选项步骤中,所述特定点位分类指将点位按其特征进行的归类,将用于避障设置的空间点归为安全点,将开始焊接的点归为起点,将结束焊接的点归为终点。
进一步的,在所述配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数步骤中,所述位置参数包括坐标偏移量、坐标偏移参考方向、偏移参考点类型及偏移参考点标识。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,轨迹点位置的计算方法为:根据偏移参考点类型确定目标点位需要参照焊缝轮廓点还是其他轨迹点进行偏移,若需参照焊缝轮廓点偏移,则根据偏移参考点标识找到对应的焊缝轮廓点数据取出坐标值cr,若需参照其他轨迹点偏移,则根据偏移参考点标识找出对应的轨迹点pr取出坐标值cr,若无法找到轨迹点pr则先计算轨迹点pr的位置,照此递归直至可以获得确定的坐标值,按坐标偏移参考方向确定变换矩阵m,根据坐标偏移量建立向量v,通过ct=cr+(m×v)得到目标轨迹点位置ct。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,到达轨迹点时的焊枪姿态的计算方法为:以连接板法向量作为n向量,底板法向量作为a向量构建出变换矩阵mi,获取相对倾斜角度αtr,若以焊接面角平分线为0度旋转倾斜角则从焊缝数据中获取连接面夹角αc,再通过αta=αtr+αc / 2+π计算出实际倾斜角度αta,绕mi的Y轴旋转αta可得到变换矩阵mi’,由焊缝焊接方向可得到向量o,取mi’的a向量,由o、a向量构建出初始姿态坐标系ma,获取推拉角度αs,绕ma的X轴旋转αs可得到姿态矩阵ma’ ,获取工具旋转角度αr,绕ma’的Z轴旋转αr可得到目标姿态矩阵,所述目标姿态矩阵表示到达轨迹点时的焊枪姿态。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,外部轴关节值的计算方法为:通过参考点标识获取参考轨迹点并提取坐标值,将坐标值按位置参考值偏移后得到外部轴关节值。
进一步的,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,机器人本体关节值的计算方法为:在确定轨迹点末端位姿和外部轴位置后,若存在有效构型则通过逆运动学算法得到多组关节值,根据轴配置选项选取所需的关节值组。
上述机器人焊接路径生成装置中,利用对焊缝设计数据的分析处理,藉由定义焊接规划选项,配置焊接路径模板来参数化焊接路径,以达简化路径创建过程的需要,有利于减少机器人路径设计人员的重复劳动,提高机器人焊接路径的生成效率。
关于机器人焊接路径生成装置的具体限定可以参见上文中对于机器人焊接路径生成方法的限定,在此不再赘述。上述机器人焊接路径生成装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是服务器,其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储机器人焊接路径生成数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种机器人焊接路径生成方法。
本领域技术人员可以理解,图9中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,处理器执行计算机程序时实现以下步骤:
获取焊缝数据,所述焊缝数据包括轮廓点坐标、连接面夹角、连接面法向量;
设置默认规划选项,所述默认规划选项包括工具选项、运动选项、路径插补选项、外部轴选项;
设置特定点位分类的规划选项,所述特定点位分类的规划选项包括工具选项、运动选项,所述特定点位分类的规划选项的优先级高于默认规划选项;
配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数,所述生成参数包括位置参数、工具选项、运动选项、外部轴选项;
设置焊缝到路径模板的映射,将路径模板的标识写入焊缝属性中;
计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,遍历焊缝,读取路径模板中的轨迹点的生成参数,代入焊缝轮廓点坐标计算出轨迹点位置,代入连接面夹角和连接面法向量计算出到达轨迹点时的焊枪姿态,进一步计算出外部轴关节值,通过机器人逆运动学算法求出机器人本体关节值,得到机器人的焊接路径。
关于处理器执行计算机程序时实现步骤的具体限定可以参见上文中对于机器人焊接路径生成的方法的限定,在此不再赘述。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
获取焊缝数据,所述焊缝数据包括轮廓点坐标、连接面夹角、连接面法向量;
设置默认规划选项,所述默认规划选项包括工具选项、运动选项、路径插补选项、外部轴选项;
设置特定点位分类的规划选项,所述特定点位分类的规划选项包括工具选项、运动选项,所述特定点位分类的规划选项的优先级高于默认规划选项;
配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数,所述生成参数包括位置参数、工具选项、运动选项、外部轴选项;
设置焊缝到路径模板的映射,将路径模板的标识写入焊缝属性中;
计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,遍历焊缝,读取路径模板中的轨迹点的生成参数,代入焊缝轮廓点坐标计算出轨迹点位置,代入连接面夹角和连接面法向量计算出到达轨迹点时的焊枪姿态,进一步计算出外部轴关节值,通过机器人逆运动学算法求出机器人本体关节值,得到机器人的焊接路径。
关于计算机程序被处理器执行时实现步骤的具体限定可以参见上文中对于机器人焊接路径生成的方法的限定,在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM以多种形式可得,诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink) DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种机器人焊接路径生成方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取焊缝数据,所述焊缝数据包括轮廓点坐标、连接面夹角、连接面法向量;
设置默认规划选项,所述默认规划选项包括工具选项、运动选项、路径插补选项、外部轴选项;所述工具选项包括是否以焊接面角平分线为0度旋转倾斜角、倾斜角度、推拉角度、工具旋转角度;所述运动选项包括运动方式、运动速度、轴配置、机器人基坐标系、末端工具;所述路径插补选项包括插补方式、插补密度、插补阈值;所述外部轴选项包括外部轴运动方式、参考点标识、位置参考值、外部轴运动速度;
设置特定点位分类的规划选项,所述特定点位分类的规划选项包括工具选项、运动选项,所述特定点位分类的规划选项的优先级高于默认规划选项;所述特定点位包括安全点、起点和终点;所述特定点位分类指将点位按其特征进行的归类,将用于避障设置的空间点归为安全点,将开始焊接的点归为起点,将结束焊接的点归为终点;
配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数,所述生成参数包括位置参数、工具选项、运动选项、外部轴选项;所述位置参数包括坐标偏移量、坐标偏移参考方向、偏移参考点类型及偏移参考点标识;
设置焊缝到所述路径模板的映射,将所述路径模板的标识写入焊缝属性中;
计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,遍历焊缝,读取路径模板中的轨迹点的生成参数,代入焊缝轮廓点坐标计算出轨迹点位置,代入连接面夹角和连接面法向量计算出到达轨迹点时的焊枪姿态,进一步计算出外部轴关节值,通过机器人逆运动学算法求出机器人本体关节值,得到机器人的焊接路径;
验证轨迹点数据,判断机器人的焊接路径是否满足预设要求,若是则结束,若否则调整所述特定点位分类的规划选项和/或所述生成参数后再重新获取机器人的焊接路径;
其中,轨迹点位置的计算方法为:根据偏移参考点类型确定目标点位需要参照焊缝轮廓点还是其他轨迹点进行偏移,若需参照焊缝轮廓点偏移,则根据偏移参考点标识找到对应的焊缝轮廓点数据取出坐标值cr,若需参照其他轨迹点偏移,则根据偏移参考点标识找出对应的轨迹点pr取出坐标值cr,若无法找到轨迹点pr则先计算轨迹点pr的位置,照此递归直至可以获得确定的坐标值,按坐标偏移参考方向确定变换矩阵m,根据坐标偏移量建立向量v,通过ct=cr+(m×v)得到目标轨迹点位置ct;
其中,外部轴关节值的计算方法为:通过参考点标识获取参考轨迹点并提取坐标值,将坐标值按位置参考值偏移后得到外部轴关节值;
其中,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,到达轨迹点时的焊枪姿态的计算方法为:焊缝为焊接底板与焊接立板的平焊缝,以焊接立板法向量作为n向量,以焊接底板法向量作为a向量构建出变换矩阵mi,获取相对倾斜角度αtr,若以焊接面角平分线为0度旋转倾斜角则从焊缝数据中获取连接面夹角αc,再通过αta=αtr+αc / 2+π计算出实际倾斜角度αta,绕mi的Y轴旋转αta可得到变换矩阵mi’,由焊缝焊接方向可得到向量o,取mi’的a向量,由o、a向量构建出初始姿态坐标系ma,获取推拉角度αs,绕ma的X轴旋转αs可得到姿态矩阵ma’ ,获取工具旋转角度αr,绕ma’的Z轴旋转αr可得到目标姿态矩阵,所述目标姿态矩阵表示到达轨迹点时的焊枪姿态。
2.根据权利要求1所述的机器人焊接路径生成方法,其特征在于,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,机器人本体关节值的计算方法为:在确定轨迹点末端位姿和外部轴位置后,若存在有效构型则通过逆运动学算法得到多组关节值,根据轴配置选项选取所需的关节值组。
3.一种机器人焊接路径生成装置,其特征在于,所述装置包括:
焊缝数据获取模块,用于获取焊缝数据,所述焊缝数据包括轮廓点坐标、连接面夹角、连接面法向量;
默认规划选项设置模块,用于设置默认规划选项,所述默认规划选项包括工具选项、运动选项、路径插补选项、外部轴选项;所述工具选项包括是否以焊接面角平分线为0度旋转倾斜角、倾斜角度、推拉角度、工具旋转角度;所述运动选项包括运动方式、运动速度、轴配置、机器人基坐标系、末端工具;所述路径插补选项包括插补方式、插补密度、插补阈值;所述外部轴选项包括外部轴运动方式、参考点标识、位置参考值、外部轴运动速度;
特定点位分类选项设置模块,用于设置特定点位分类的规划选项,所述特定点位分类的规划选项包括工具选项、运动选项,所述特定点位分类的规划选项的优先级高于默认规划选项;所述特定点位包括安全点、起点和终点;所述特定点位分类指将点位按其特征进行的归类,将用于避障设置的空间点归为安全点,将开始焊接的点归为起点,将结束焊接的点归为终点;
生成参数设置模块,用于配置焊接路径模板,设置目标路径中各个轨迹点的生成参数,所述生成参数包括位置参数、工具选项、运动选项、外部轴选项;所述位置参数包括坐标偏移量、坐标偏移参考方向、偏移参考点类型及偏移参考点标识;
路径模板标识设置模块,用于设置焊缝到路径模板的映射,将路径模板的标识写入焊缝属性中;
焊接路径获取模块,用于计算轨迹点位姿态以及机器人关节值,遍历焊缝,读取路径模板中的轨迹点的生成参数,代入焊缝轮廓点坐标计算出轨迹点位置,代入连接面夹角和连接面法向量计算出到达轨迹点时的焊枪姿态,进一步计算出外部轴关节值,通过机器人逆运动学算法求出机器人本体关节值,得到机器人的焊接路径;
焊接路径调整模块,用于验证轨迹点数据,判断机器人的焊接路径是否满足预设要求,若是则结束,若否则调整所述特定点位分类的规划选项和/或所述生成参数后再重新获取机器人的焊接路径;
其中,轨迹点位置的计算方法为:根据偏移参考点类型确定目标点位需要参照焊缝轮廓点还是其他轨迹点进行偏移,若需参照焊缝轮廓点偏移,则根据偏移参考点标识找到对应的焊缝轮廓点数据取出坐标值cr,若需参照其他轨迹点偏移,则根据偏移参考点标识找出对应的轨迹点pr取出坐标值cr,若无法找到轨迹点pr则先计算轨迹点pr的位置,照此递归直至可以获得确定的坐标值,按坐标偏移参考方向确定变换矩阵m,根据坐标偏移量建立向量v,通过ct=cr+(m×v)得到目标轨迹点位置ct;
其中,外部轴关节值的计算方法为:通过参考点标识获取参考轨迹点并提取坐标值,将坐标值按位置参考值偏移后得到外部轴关节值;
其中,在所述计算轨迹点位姿态以及机器人关节值步骤中,到达轨迹点时的焊枪姿态的计算方法为:焊缝为焊接底板与焊接立板的平焊缝,以焊接立板法向量作为n向量,以焊接底板法向量作为a向量构建出变换矩阵mi,获取相对倾斜角度αtr,若以焊接面角平分线为0度旋转倾斜角则从焊缝数据中获取连接面夹角αc,再通过αta=αtr+αc / 2+π计算出实际倾斜角度αta,绕mi的Y轴旋转αta可得到变换矩阵mi’,由焊缝焊接方向可得到向量o,取mi’的a向量,由o、a向量构建出初始姿态坐标系ma,获取推拉角度αs,绕ma的X轴旋转αs可得到姿态矩阵ma’ ,获取工具旋转角度αr,绕ma’的Z轴旋转αr可得到目标姿态矩阵,所述目标姿态矩阵表示到达轨迹点时的焊枪姿态。
4.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1或2所述方法的步骤。
5.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1或2所述的方法的步骤。
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