一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于：所述的規(guī)劃方法首先確定弧焊機(jī)器人擺弧的起點、終點以及上下兩個擺弧平面內(nèi)任意兩點，并采集位姿值；通過計算得出擺弧所在的兩個平面的坐標(biāo)系，通過對起點到終點方向的加速度和速度規(guī)劃，得出兩點之間的距離與運動時間之間的函數(shù)關(guān)系，即運動方向的軌跡規(guī)劃。根據(jù)工藝要求，可以進(jìn)行三角擺弧和正弦擺弧軌跡等。由于采用上述的方法，本發(fā)明方便操作人員設(shè)定弧焊機(jī)器人的雙平面擺弧軌跡，確保焊接的質(zhì)量。
【專利說明】一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及弧焊機(jī)器人的控制領(lǐng)域，特別涉及一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的使用領(lǐng)域越來越大，現(xiàn)場工藝要求越來越嚴(yán)格，這就大大加快了機(jī)器人軌跡規(guī)劃功能研發(fā)。
[0003]弧焊機(jī)器人不僅僅是直線弧焊和圓弧弧焊，在焊縫過大時，特殊的工藝要求會用到擺弧運動，擺弧焊接質(zhì)量與擺弧軌跡規(guī)劃有直接關(guān)系。如何確定弧焊機(jī)器人的擺弧軌跡以提高焊接質(zhì)量目前還是一個難題。
[0004]針對上述問題，提供一種基于時間連續(xù)的規(guī)劃方法來確定弧焊機(jī)器人的雙平面擺弧軌跡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法，以達(dá)到提高弧焊擺弧焊接質(zhì)量的目的。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于:所述的規(guī)劃方法首先確定弧焊機(jī)器人擺弧的起點、終點以及上下兩個擺弧平面內(nèi)任意兩點，并采集位姿值；確定速度加速段的時間比例ratio，設(shè)定最大加速度Amax與最大速度值Vmax,則加速度時間Tacc為Tacc=V/ (Amax* (1-ratiο));加加速度時間Jerk 為 Jerk=Amax/ (ratio*Tacc);勻速時間 Thold 計算步驟為:
[0007]Distance_Acc= (Jerk*Tacc~3*ratio~3)/6+
[0008](Tacc~2*ratio*(5*Jerk*Tacc*ratio~2_12*Amax*ratio+6*Amax))/6
[0009]-(Tacc'2*(2*ratio_l)*(Jerk*Tacc*ratio~2_2*Amax*ratio+Amax))/2
[0010]Distance_Vhold=P2-Pl_2*Distance_Acc
[0011]Thold=Distance+Vhold/V
[0012]然后通過積分求出起點到終點方向位置與時間的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)正弦函數(shù)公式，確定擺弧平面內(nèi)的位置規(guī)劃；再經(jīng)過矩陣變換，將擺弧平面內(nèi)的位置點轉(zhuǎn)換成機(jī)器人基坐標(biāo)系下的位置點，根據(jù)計算出的基坐標(biāo)系下的位置點，即可控制機(jī)器人進(jìn)行擺弧運動。
[0013]所述的速度加速段的時間比例ratio —般設(shè)定為0.1。
[0014]所述的規(guī)劃方法設(shè)焊槍的進(jìn)給方向為工具坐標(biāo)系的Z軸正方向，同時假設(shè)整個擺弧過程中工具Z+方向始終與擺弧平面成a角，將歐拉角轉(zhuǎn)變成四元數(shù)進(jìn)行插補(bǔ)，即為擺弧中的姿態(tài)規(guī)劃。
[0015]所述的a角的度數(shù)為:0° <a<90°。
[0016]所述的規(guī)劃方法設(shè)定弧焊機(jī)器人在擺弧過程中工具Z+方向與擺弧切線方向始終垂直。[0017]一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法，由于采用上述的方法，本發(fā)明方便操作人員設(shè)定弧焊機(jī)器人的雙平面擺弧軌跡，確保焊接的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明；
[0019]圖1為本發(fā)明一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法示意圖。 【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明以六自由度弧焊機(jī)器人為例，示教擺弧的起點Pl與終點P2，P3、P4分別是上下兩個擺弧平面內(nèi)的任意點，記錄四個點的機(jī)器人位姿值，通過計算得出擺弧的兩個平面的坐標(biāo)系，通過對起點到終點方向的加速度和速度規(guī)劃，得出兩點時間的距離與運動時間之間的關(guān)系，即運動方向的軌跡規(guī)劃。根據(jù)工藝要求，可以進(jìn)行三角擺弧和正弦擺弧軌跡等。
[0021 ] 具體如圖1所示，圖中Pl點是擺弧起始點,P2點是終點,P3是擺弧上平面內(nèi)的點，P4是擺弧下平面內(nèi)的點，如果P3，P4均在一個平面內(nèi)，此方法仍然可行。用戶設(shè)定擺弧的振幅、頻率。圖1中是振幅5mm，頻率為0.1的正弦擺。
[0022]本發(fā)明分別記錄PU P2、P3、P4 點的位姿(Xi, Yi, Zi, Ai, Bi, Ci)其中 i=l, 2，3，4，平面P1P2P3為擺弧運動的上平面，平面P1P2P4為下平面。通過計算，上平面和下平面的坐標(biāo)系已確定，只要確定了機(jī)器人末端在這兩個平面內(nèi)的運動軌跡坐標(biāo)值，通過坐標(biāo)變換，即可得到機(jī)器人在基坐標(biāo)系下的軌跡坐標(biāo)值?，F(xiàn)說明上下平面內(nèi)的速度、位置軌跡規(guī)劃。
[0023]首先確定速度加速段的時間比例ratio,—般設(shè)定為0.1,設(shè)定最大加速度Amax與最大速度值V，Pl到P2點方向(定義為X方向)為S型速度曲線規(guī)劃，X方向加速度時間Tacc由公式⑴確定，加加速度時間Jerk由公式⑵確定，勻速時間Thold由公式(3)、⑷、(5)確定。通過積分求出X方向位置與時間的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)正弦函數(shù)公式，確定擺弧平面內(nèi)的位置規(guī)劃。再經(jīng)過矩陣變換，將擺弧平面內(nèi)的位置點轉(zhuǎn)換成機(jī)器人基坐標(biāo)系下的位置點，即可控制機(jī)器人進(jìn)行擺弧運動。
[0024]Tacc=V/(Amax*(1-ratio))(I)
[0025]Jerk=Amax/(ratio*Tacc)(2)
[0026]Distance_Acc=(Jerk*Tacc'3*ratio'3)/6+(Tacc~2*ratio*(5*Jerk*Tacc*ratio~2_12*Amax*ratio+6*Amax))/6 (3)
[0027]-(Tacc'2*(2*ratio_l)*(Jerk*Tacc*ratio~2_2*Amax*ratio+Amax))/2Distance_Vhold=P2-Pl_2*Distance_Acc(4)
[0028]Thold=Distance_Vhold/V(5)
[0029]焊槍的進(jìn)給方向為工具坐標(biāo)系的Z軸正方向，假設(shè)整個擺弧過程中工具Z+方向始終與擺弧平面成a角(0° <a<90° )，而且擺弧過程中工具Z+方向與擺弧切線方向始終垂直，這樣便確定了焊槍在整個運動過程中的姿態(tài)。將歐拉角轉(zhuǎn)變成四元數(shù)進(jìn)行插補(bǔ)，即為擺弧中的姿態(tài)規(guī)劃。
[0030]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于:所述的規(guī)劃方法首先確定弧焊機(jī)器人擺弧的起點、終點以及上下兩個擺弧平面內(nèi)任意兩點，并采集位姿值；確定速度加速段的時間比例ratio,設(shè)定最大加速度Amax與最大速度值V,加速度時間Tacc為Tacc=V/(Amax*(1-ratiο));加加速度時間 Jerk 為 Jerk=Amax/(ratio*Tacc)；，勻速時間Thold的計算如下:
Distance_Acc=(jerk*Tacc'3*ratio'3)/6+
(Tacc~2*ratio*(5*Herj*Tacc*ratio~2-12*Amax*ratio+6*Amax))/6
-(Tacc'2*(2*ratio_l)*(Jerk*Tacc*ratio~2-2*Amax*ratio+Amax))/2
Distance_Vhold=P2-Pl_2*Distabce_Acc
Thold=Distance_Vhold/V 通過積分求出起點到終點位置與時間的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)正弦函數(shù)公式，確定擺弧平面內(nèi)的位置規(guī)劃；再經(jīng)過矩陣變換，將擺弧平面內(nèi)的位置點轉(zhuǎn)換成機(jī)器人基坐標(biāo)系下的位置點，即可控制機(jī)器人進(jìn)行擺弧運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于:所述的速度加速段的時間比例ratio設(shè)定為0.1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于:所述的規(guī)劃方法設(shè)焊槍的進(jìn)給方向為工具坐標(biāo)系的Z軸正方向，同時假設(shè)整個擺弧過程中工具Z+方向始終與擺弧平面成a角，將歐拉角轉(zhuǎn)變成四元數(shù)進(jìn)行插補(bǔ)，即為擺弧中的姿態(tài)規(guī)劃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于:所述的a角的度數(shù)為:0° <a<90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種弧焊機(jī)器人雙平面擺弧軌跡的規(guī)劃方法，其特征在于:所述的規(guī)劃方法設(shè)定弧焊機(jī)器人在擺弧過程中工具Z+與擺弧切線方向始終垂直。
【文檔編號】B23K9/022GK103568012SQ201310507312
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】劉蕾, 許禮進(jìn), 曾輝, 游瑋, 肖永強(qiáng), 柳賀 申請人:安徽埃夫特智能裝備有限公司