五轴焊接机器人的焊接路径规划方法及五轴焊接机器人技术

技术编号:20230209 阅读:108 留言:0更新日期:2019-01-29 19:17
本公开提供了五轴焊接机器人的焊接路径规划方法及五轴焊接机器人。一种五轴焊接机器人的焊接路径规划方法,包括建立五轴焊接机器人本体及焊接头的D‑H连杆坐标系,得到五轴焊接机器人本体及焊接头相应参数;求解出五轴焊接机器人的运动学正解和运动学逆解,进而得到五轴焊接机器人的末端位姿和关节角;根据五轴焊接机器人的末端位姿和关节角,计算五轴焊接机器人的工作空间;建立五轴焊接机器人的工作空间的三维模型,在三维模型中勾画出焊接路径曲线;在焊接路径曲线上取一定数量的焊接点;从预先定义的零点处开始以粗插补的形式控制焊接头移动到第一个焊接点处,在任意两个相邻焊接点之间进行精插补来控制焊接头移动,直至焊接完成焊接路径曲线。

Welding Path Planning Method of Five-Axis Welding Robot and Five-Axis Welding Robot

The present disclosure provides a welding path planning method for a five-axis welding robot and a five-axis welding robot. A method of welding path planning for five-axis welding robot is presented, which includes establishing the coordinate system of the five-axis welding robot body and the D_H connecting rod of the welding joint, obtaining the corresponding parameters of the five-axis welding robot body and the welding joint, solving the forward kinematics solution and the inverse kinematics solution of the five-axis welding robot, and then obtaining the end position and joint angle of the five-axis welding robot according to the five-axis welding machine. The robot's end position and joint angle are used to calculate the workspace of the five-axis welding robot; the three-dimensional model of the workspace of the five-axis welding robot is established, and the welding path curve is drawn in the three-dimensional model; a certain number of welding points are taken on the welding path curve; the welding joint is controlled to move to the first welding point by rough interpolation from the pre-defined zero point. Fine interpolation between any two adjacent welding points is used to control the movement of the welding joint until the welding path curve is completed.

【技术实现步骤摘要】
五轴焊接机器人的焊接路径规划方法及五轴焊接机器人
本公开属于路径规划领域,尤其涉及一种五轴焊接机器人的焊接路径规划方法及五轴焊接机器人。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息,不必然构成在先技术。五轴焊接机器人可以通过x,y,z三个轴进行转动,同时可以依靠基座上的轴实现转身的动作,以及手部可以灵活转动的轴,增加了其灵活性。五轴焊接机器人的关节多,灵活性比较强,能够承担较为复杂的焊接工作。在焊接过程中,如何保证焊接速度、准确度以及稳定性,是目前五轴焊接机器人面临的问题。
技术实现思路
根据本公开的一个或多个实施例的一个方面,提供一种五轴焊接机器人的焊接路径规划方法,其焊接速度快、精度高且稳定性高。本公开的一种五轴焊接机器人的焊接路径规划方法,包括:建立五轴焊接机器人本体及焊接头的D-H连杆坐标系,得到五轴焊接机器人本体及焊接头相应参数;求解出五轴焊接机器人的运动学正解和运动学逆解,进而得到五轴焊接机器人的末端位姿和关节角;根据五轴焊接机器人的末端位姿和关节角,计算出五轴焊接机器人的工作空间;建立五轴焊接机器人的工作空间的三维模型,在三维模型中勾画出焊接路径曲线;在焊接路径曲线上取一定数量的焊接点,并保存这些焊接点的坐标;根据五轴焊接机器人的末端位姿,从预先定义的零点处开始以粗插补的形式控制焊接头移动到第一个焊接点处,然后在任意两个相邻焊接点之间进行精插补来控制焊接头移动,直至焊接完成焊接路径曲线。在一个或多个实施例中,焊接完成后,根据之前预先定义的零点自动控制焊接头回零。在一个或多个实施例中,利用余弦定理求解出五轴焊接机器人的运动学逆解。在一个或多个实施例中,利用蒙特卡洛方法,计算出五轴焊接机器人的工作空间;其具体过程包括:生成各关节随机变量值;将随机关节变量值逐一代入下式,计算出所有随机点的坐标(Px,Py,Pz);Px=L1cθ1+L2cθ1cθ2-L2sθ1sθ2Py=L1sθ1+L2cθ1sθ2+L2sθ1cθ2Pz=-d3其中,L1表示连杆一的长度;L2表示连杆二的长度.;d3表示移动副的伸长量;θ1表示x0轴绕z0轴旋转与x1轴同方向时的旋转角度;θ2表示x1轴绕z1轴旋与x2轴同方向时的旋转角度;c(.)表示cos(.);s(.)表示sin(.);在每层和每列内搜索边界随机点;在每个搜索到的边界点的小邻域内重新生成若干个新的随机点,并依顺序将数据存入原始随机点数据存储矩阵;以新的随机点数据重复上述步骤,直到边界随机点坐标值在预设范围内变化或达到设定的循环次数,结束计算,得到五轴焊接机器人的工作空间。在一个或多个实施例中,在任意两个相邻焊接点之间进行精插补的过程中,采用弧形焊接方式。在一个或多个实施例中,在任意两个相邻焊接点之间进行精插补的过程中,采用直线型焊接方式。在一个或多个实施例中,在任意两个相邻焊接点之间进行精插补的过程中,采用直线型与最小偏差法圆弧插补相结合的焊接方式。本公开还提供了一种五轴焊接机器人。本公开的一种五轴焊接机器人,包括路径规划控制器,所述路径规划控制器包括存储器和处理器,所述处理器包括:坐标系建立模块,其用于建立五轴焊接机器人本体及焊接头的D-H连杆坐标系,得到五轴焊接机器人本体及焊接头相应参数;正逆解求解模块,其用于求解出五轴焊接机器人的运动学正解和运动学逆解,进而得到五轴焊接机器人的末端位姿和关节角;工作空间计算模块,其用于根据五轴焊接机器人的末端位姿和关节角,计算出五轴焊接机器人的工作空间;焊接路径曲线勾画模块,其用于建立五轴焊接机器人的工作空间的三维模型,在三维模型中勾画出焊接路径曲线;焊接点选取模块,其用于在焊接路径曲线上取一定数量的焊接点,并保存这些焊接点的坐标;插补焊接模块,其用于根据五轴焊接机器人的末端位姿,从预先定义的零点处开始以粗插补的形式控制焊接头移动到第一个焊接点处,然后在任意两个相邻焊接点之间进行精插补来控制焊接头移动,直至焊接完成焊接路径曲线。在一个或多个实施例中,所述处理器还包括:回零模块,其用于焊接完成后根据之前预先定义的零点自动控制焊接头回零。在一个或多个实施例中,在正逆解求解模块中,利用余弦定理求解出五轴焊接机器人的运动学逆解。在一个或多个实施例中,在所述工作空间计算模块中,利用蒙特卡洛方法,计算出五轴焊接机器人的工作空间;其具体过程包括:生成各关节随机变量值;将随机关节变量值逐一代入下式,计算出所有随机点的坐标(Px,Py,Pz);Px=L1cθ1+L2cθ1cθ2-L2sθ1sθ2Py=L1sθ1+L2cθ1sθ2+L2sθ1cθ2Pz=-d3其中,L1表示连杆一的长度;L2表示连杆二的长度.;d3表示移动副的伸长量;θ1表示x0轴绕z0轴旋转与x1轴同方向时的旋转角度;θ2表示x1轴绕z1轴旋与x2轴同方向时的旋转角度;c(.)表示cos(.);s(.)表示sin(.);在每层和每列内搜索边界随机点;在每个搜索到的边界点的小邻域内重新生成若干个新的随机点,并依顺序将数据存入原始随机点数据存储矩阵;以新的随机点数据重复上述步骤,直到边界随机点坐标值在预设范围内变化或达到设定的循环次数,结束计算,得到五轴焊接机器人的工作空间。在一个或多个实施例中,在所述插补焊接模块中,在任意两个相邻焊接点之间进行精插补的过程中,采用弧形焊接方式。在一个或多个实施例中,在所述插补焊接模块中,在任意两个相邻焊接点之间进行精插补的过程中,采用直线型焊接方式。在一个或多个实施例中,在所述插补焊接模块中,在任意两个相邻焊接点之间进行精插补的过程中,采用直线型与最小偏差法圆弧插补相结合的焊接方式。本公开的有益效果是:(1)本公开对五轴焊接机器人的运动学正解和运动学逆解进行了求解,并使用蒙特卡罗法求出了五轴焊接机器人的工作空间。(2)本公开在焊接时采用粗插补与精插补相结合,比如在进行圆弧形焊接时,先把要焊接的圆弧形状分成一些大段,再把这些打断分成更小的线段,这样可以保证机器人在焊接时,更加稳定,抖动的更加小;能够过合理的规划运行路径来减少时间的损耗。(3)本公开的五轴焊接机器人在结构上采用四个旋转轴和一个焊接轴相结合的方式,使机器人的焊接头能够准确地到达预定义的位置。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是五轴焊接机器人结构示意图。图2是五轴焊接机器人的各轴运动范围图。图3是本公开的一种五轴焊接机器人的焊接路径规划方法流程图。图4是五轴焊接机器人本体的D-H连杆坐标系。图5是五轴焊接机器人的焊接头的D-H连杆坐标系。图6是余弦定理原理图。图7是工作空间与三维模型结合图。图8(a)是工作空间的三维视图。图8(b)是工作空间的俯视图。图8(c)是工作空间的侧视图。图8(d)是工作空间的正视图。图9是路径规划控制器结构示意图。其中,1底座;2轴一电机;3连杆一;4软管;5轴二电机;6齿条;7连杆二;8轴三电机;9约束线;10轴四电机;11移动副;12齿轮;13轴五电机;14焊接头;15控制器。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五轴焊接机器人的焊接路径规划方法,其特征在于,包括:建立五轴焊接机器人本体及焊接头的D‑H连杆坐标系,得到五轴焊接机器人本体及焊接头相应参数;求解出五轴焊接机器人的运动学正解和运动学逆解,进而得到五轴焊接机器人的末端位姿和关节角;根据五轴焊接机器人的末端位姿和关节角,计算出五轴焊接机器人的工作空间;建立五轴焊接机器人的工作空间的三维模型,在三维模型中勾画出焊接路径曲线;在焊接路径曲线上取一定数量的焊接点,并保存这些焊接点的坐标;根据五轴焊接机器人的末端位姿,从预先定义的零点处开始以粗插补的形式控制焊接头移动到第一个焊接点处,然后在任意两个相邻焊接点之间进行精插补来控制焊接头移动,直至焊接完成焊接路径曲线。

【技术特征摘要】
1.一种五轴焊接机器人的焊接路径规划方法,其特征在于,包括:建立五轴焊接机器人本体及焊接头的D-H连杆坐标系,得到五轴焊接机器人本体及焊接头相应参数;求解出五轴焊接机器人的运动学正解和运动学逆解,进而得到五轴焊接机器人的末端位姿和关节角;根据五轴焊接机器人的末端位姿和关节角,计算出五轴焊接机器人的工作空间;建立五轴焊接机器人的工作空间的三维模型,在三维模型中勾画出焊接路径曲线;在焊接路径曲线上取一定数量的焊接点,并保存这些焊接点的坐标;根据五轴焊接机器人的末端位姿,从预先定义的零点处开始以粗插补的形式控制焊接头移动到第一个焊接点处,然后在任意两个相邻焊接点之间进行精插补来控制焊接头移动,直至焊接完成焊接路径曲线。2.如权利要求1所述的一种五轴焊接机器人的焊接路径规划方法,其特征在于,焊接完成后,根据之前预先定义的零点自动控制焊接头回零。3.如权利要求1所述的一种五轴焊接机器人的焊接路径规划方法,其特征在于,利用余弦定理求解出五轴焊接机器人的运动学逆解。4.如权利要求1所述的一种五轴焊接机器人的焊接路径规划方法,其特征在于,利用蒙特卡洛方法,计算出五轴焊接机器人的工作空间;其具体过程包括:生成各关节随机变量值;将随机关节变量值逐一代入下式,计算出所有随机点的坐标(Px,Py,Pz);Px=L1cθ1+L2cθ1cθ2-L2sθ1sθ2Py=L1sθ1+L2cθ1sθ2+L2sθ1cθ2Pz=-d3其中,L1表示连杆一的长度;L2表示连杆二的长度.;d3表示移动副的伸长量;θ1表示x0轴绕z0轴旋转与x1轴同方向时的旋转角度;θ2表示x1轴绕z1轴旋与x2轴同方向时的旋转角度;c(.)表示cos(.);s(.)表示sin(.);在每层和每列内搜索边界随机点;在每个搜索到的边界点的小邻域内重新生成若干个新的随机点,并依顺序将数据存入原始随机点数据存储矩阵;以新的随机点数据重复上述步骤,直到边界随机点坐标值在预设范围内变化或达到设定的循环次数,结束计算,得到五轴焊接机器人的工作空间。5.如权利要求1所述的一种五轴焊接机器人的焊接路径规划方法,其特征在于,在任意两个相邻焊接点之间进行精插补的过程中,采用弧形焊接方式;或在任意两个相邻焊接点之间进行精插补的过程中,采用直线型焊接方式;或在任意两个相邻焊接点之间进行精插补的过程中,采用直线型与最小偏差法圆弧插补相结合的焊接方式。6.一种五轴焊接机器人,其特征在于,包括路径规划控制器,所述路径规划控制器包括存储器和处理器,所述处理器包括:坐标系建立模块,其用于...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵永国李铭磊吴昊
申请(专利权)人:山东省科学院自动化研究所齐鲁工业大学
类型:发明
国别省市:山东,37

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