一种焊接机器人焊接过程控制方法技术

本发明专利技术公开了一种焊接机器人焊接过程控制方法,本方法通过SolidWorks三维软件二次开发技术，遍历出工件上所需焊接的所有焊缝，根据遍历出的焊缝数据确立机器人焊接焊缝上各点时末端的位置与姿态后并进行机器人逆解运算得到机器人焊接焊缝上各点时的各关节转角数据，将这些关节转角数据作为机器人控制指令的参数来生成控制机器人工作的焊接程序。本方法进行焊接机器人离线编程时，机器人焊接具有多条焊缝的工件，焊接程序全部自动生成，无需对各焊缝逐一操作，高效便捷。

【技术实现步骤摘要】
一种焊接机器人焊接过程控制方法
本专利技术涉及焊接机器人离线编程方法，尤其涉及一种焊接机器人焊接过程控制方法。
技术介绍
焊接机器人的离线编程的办法，是使机器人焊接程序的编制、焊缝轨迹坐标位置的获取、以及程序的调试均在一台计算机上独立完成，不需要机器人本身的参与。离线编程软件以文本方式为主，编程员需要熟悉机器人的所有指令系统和语法，还要知道如何确定焊缝轨迹的空间位置坐标，因此，编程工作并不轻松省时。随着计算机三维图形技术的发展，如今的机器人离线编程系统多数可在三维图形环境下运行，获取焊缝轨迹的坐标位置通常可以采用“虚拟示教”的办法，用鼠标轻松点击三维虚拟环境中工件的焊接部位即可获得该点的空间坐标，然后自动生成机器人程序并下载到机器人控制系统。从而大大提高了机器人的编程效率。然而机器人在焊接时，对于一个复杂工件的焊接，工件上不止一个焊缝，使用传统离线编程方法需要手动点击每一条焊缝，费时费力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种高效可靠、结果可视的焊接机器人焊接过程控制方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种焊接机器人焊接过程控制方法,包括以下步骤：步骤一、使用SolidWorks三维软件打开需要焊接的工件的三维模型并在工件的三维模型上添加需要焊接的焊缝，在SolidWorks三维软件里新建装配体模型并把焊接机器人和需要焊接的工件的三维模型导入该装配体模型中，根据实际使用情况在装配体模型中调整好机器人相对于工件的位置；步骤二、使用C#编程语言对SolidWorks进行二次开发,具体过程如下：遍历装配体模型里工件上的所有焊缝，得到该焊缝的焊缝曲线；读取工件上所有焊缝的数据，每条焊缝的数据包括焊缝曲线的起点坐标和终点坐标、位于焊缝曲线的起点和终点之间的任意一点的坐标，焊缝曲线长度S、焊缝的类型以及相交形成焊缝曲线的两个相交面的单位法向量；步骤三、计算焊缝曲线上所有离散点的三维坐标，具体步骤为：第一步，将焊缝曲线离散成多个点，并使在焊缝曲线上每相邻两个离散点的之间的焊缝曲线长度都为L,离散点个数N＝焊缝曲线长度S/L；第二步，若焊缝曲线的类型为直线，使用焊缝曲线的起点坐标和终点坐标列出该焊缝曲线的空间参数方程为(X,Y,Z)＝(x(t),y(t),z(t))，其中0≤t≤1，(X,Y,Z)表示曲线上任意一点的坐标，t为该参数方程的自变量，x(t),y(t),z(t)分别是三个以t为自变量的坐标函数，X＝x(t)，Y＝y(t)，Z＝z(t)，根据t计算出该直线上点的坐标(X,Y,Z)；如果焊缝曲线的类型为圆弧，使用焊缝曲线的起点坐标、终点坐标、位于焊缝曲线起点和终点之间的任意一点的坐标列出该焊缝曲线的空间参数方程为(X,Y,Z)＝(x(t),y(t),z(t))，其中0≤t≤1，(X,Y,Z)表示曲线上任意一点的坐标，t为该参数方程的自变量，x(t),y(t),z(t)分别是三个以t为自变量的坐标函数，X＝x(t)，Y＝y(t)，Z＝z(t)，根据t计算出该圆弧线上点的坐标(X,Y,Z)，同时计算出该圆弧的圆心坐标为(Xc,Yc,Zc)；第三步，求第n个离散点的三维坐标时使该焊缝曲线的空间参数方程的自变量t＝n/N，再把t代入该焊缝曲线的空间参数方程计算出该离散点的三维坐标(Xn,Yn,Zn)，并计算所有离散点的三维坐标，1≤n≤N；步骤四、如果焊缝曲线的类型为直线，直线焊缝是由两个平面相交而成，两个相交面记为A面和B面，则直线焊缝上的每个离散点焊接时焊枪的轴向方向为A面和B面的单位法向量之和；如果焊缝曲线的类型为圆弧，圆弧焊缝是由平面与圆柱面相交而成，圆弧焊缝的焊缝曲线是在该圆柱面上，圆柱面上每个离散点的法向量等于该离散点的坐标(Xn,Yn,Zn)减去该圆弧的圆心坐标(Xc,Yc,Zc)，再将圆柱面在该离散点的法向量进行单位化得到圆柱面在该离散点的单位法向量，则圆弧焊缝上的每个离散点焊接时焊枪的轴向方向为相交的平面的单位法向量与圆柱面在该点的单位法向量之和；步骤五、采用步骤四方法计算出焊缝曲线上所有离散点焊接时焊枪的轴向方向，并将这个轴向方向作为焊接时焊枪的姿态；步骤六、在MATLAB软件中的机器人工具箱模块里输入焊缝上离散点的三维坐标和此时焊枪的姿态进行机器人的逆解运算，计算出机器人焊接该点时各个关节的转角，再使用此方法计算出该焊缝上剩下的离散点焊接时的机器人各个关节的转角，最后记录该焊缝每个点焊接时机器人各关节的转角数据；步骤七、重复步骤三-六进行下一条焊缝曲线的运算，直到计算出每条焊缝曲线的所有离散点进行焊接时机器人各个关节的转角数据；步骤八、将步骤七得到的机器人焊接某个离散点时的机器人各个关节的转角数据作为关节运动指令的参数生成一个控制机器人运动到该点的关节运动指令，按照这些离散点计算出来的顺序生成所有离散点的关节运动指令，全部关节运动指令生成焊接机器人焊接各焊缝时的机器人程序。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术方法通过三维软件二次开发技术，可以遍历工件上所需焊接的所有焊缝并自动生成每条焊缝的焊接程序，用于解决焊接机器人中所涉及的离线编程问题，是一种操作简单、高效可靠、结果可视的方法。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细描述。本专利技术的一种焊接机器人焊接过程控制方法，包括以下步骤：步骤一、使用SolidWorks三维软件打开需要焊接的工件的三维模型并在工件的三维模型上添加需要焊接的焊缝。在SolidWorks三维软件里新建装配体模型并把焊接机器人和需要焊接的工件的三维模型导入该装配体模型中，根据实际使用情况在装配体模型中调整好机器人相对于工件的位置。步骤二、使用C#编程语言对SolidWorks进行二次开发,具体过程如下：遍历装配体模型里工件上的所有焊缝，得到该焊缝的焊缝曲线。读取工件上所有焊缝的数据，每条焊缝的数据包括焊缝曲线的起点坐标和终点坐标、位于焊缝曲线的起点和终点之间的任意一点的坐标，焊缝曲线长度S、焊缝的类型以及相交形成焊缝曲线的两个相交面的单位法向量。步骤三、计算焊缝曲线上所有离散点的三维坐标，具体步骤为：第一步，将焊缝曲线离散成多个点，并使在焊缝曲线上每相邻两个离散点的之间的焊缝曲线长度都为L,离散点个数N＝焊缝曲线长度S/L。第二步，焊缝曲线分为两种，一种是直线，一种是圆弧，两点确立一条直线，三个不共线的点确立一个圆。若焊缝曲线的类型为直线，使用焊缝曲线的起点坐标和终点坐标列出该焊缝曲线的空间参数方程为(X,Y,Z)＝(x(t),y(t),z(t))，其中0≤t≤1，(X,Y,Z)表示曲线上任意一点的坐标，t为该参数方程的自变量，x(t),y(t),z(t)分别是三个以t为自变量的坐标函数，X＝x(t)，Y＝y(t)，Z＝z(t)，根据t便可算出该直线上点的坐标(X,Y,Z)；如果焊缝曲线的类型为圆弧，使用焊缝曲线的起点坐标、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接机器人焊接过程控制方法,其特征在于包括以下步骤：/n步骤一、使用SolidWorks三维软件打开需要焊接的工件的三维模型并在工件的三维模型上添加需要焊接的焊缝，在SolidWorks三维软件里新建装配体模型并把焊接机器人和需要焊接的工件的三维模型导入该装配体模型中，根据实际使用情况在装配体模型中调整好机器人相对于工件的位置；/n步骤二、使用C#编程语言对SolidWorks进行二次开发,具体过程如下：/n遍历装配体模型里工件上的所有焊缝，得到该焊缝的焊缝曲线；读取工件上所有焊缝的数据，每条焊缝的数据包括焊缝曲线的起点坐标和终点坐标、位于焊缝曲线的起点和终点之间的任意一点的坐标，焊缝曲线长度S、焊缝的类型以及相交形成焊缝曲线的两个相交面的单位法向量；/n步骤三、计算焊缝曲线上所有离散点的三维坐标，具体步骤为：/n第一步，将焊缝曲线离散成多个点，并使在焊缝曲线上每相邻两个离散点的之间的焊缝曲线长度都为L,离散点个数N＝焊缝曲线长度S/L；/n第二步，若焊缝曲线的类型为直线，使用焊缝曲线的起点坐标和终点坐标列出该焊缝曲线的空间参数方程为(X,Y,Z)＝(x(t),y(t),z(t))，其中0≤t≤1，(X,Y,Z)表示曲线上任意一点的坐标，t为该参数方程的自变量，x(t),y(t),z(t)分别是三个以t为自变量的坐标函数，X＝x(t)，Y＝y(t)，Z＝z(t)，根据t计算出该直线上点的坐标(X,Y,Z)；/n如果焊缝曲线的类型为圆弧，使用焊缝曲线的起点坐标、终点坐标、位于焊缝曲线起点和终点之间的任意一点的坐标列出该焊缝曲线的空间参数方程为(X,Y,Z)＝(x(t),y(t),z(t))，其中0≤t≤1，(X,Y,Z)表示曲线上任意一点的坐标，t为该参数方程的自变量，x(t),y(t),z(t)分别是三个以t为自变量的坐标函数，X＝x(t)，Y＝y(t)，Z＝z(t)，根据t计算出该圆弧线上点的坐标(X,Y,Z)，同时计算出该圆弧的圆心坐标为(Xc,Yc,Zc)；/n第三步，求第n个离散点的三维坐标时使该焊缝曲线的空间参数方程的自变量t＝n/N，再把t代入该焊缝曲线的空间参数方程计算出该离散点的三维坐标(Xn,Yn,Zn)，并计算所有离散点的三维坐标，1≤n≤N；/n步骤四、如果焊缝曲线的类型为直线，直线焊缝是由两个平面相交而成，两个相交面记为A面和B面，则直线焊缝上的每个离散点焊接时焊枪的轴向方向为A面和B面的单位法向量之和；/n如果焊缝曲线的类型为圆弧，圆弧焊缝是由平面与圆柱面相交而成，圆弧焊缝的焊缝曲线是在该圆柱面上，圆柱面上每个离散点的法向量等于该离散点的坐标(Xn,Yn,Zn)减去该圆弧的圆心坐标(Xc,Yc,Zc)，再将圆柱面在该离散点的法向量进行单位化得到圆柱面在该离散点的单位法向量，则圆弧焊缝上的每个离散点焊接时焊枪的轴向方向为相交的平面的单位法向量与圆柱面在该点的单位法向量之和；/n步骤五、采用步骤四方法计算出焊缝曲线上所有离散点焊接时焊枪的轴向方向，并将这个轴向方向作为焊接时焊枪的姿态；/n步骤六、在MATLAB软件中的机器人工具箱模块里输入焊缝上离散点的三维坐标和此时焊枪的姿态进行机器人的逆解运算，计算出机器人焊接该点时各个关节的转角，再使用此方法计算出该焊缝上剩下的离散点焊接时的机器人各个关节的转角，最后记录该焊缝每个点焊接时机器人各关节的转角数据；/n步骤七、重复步骤三-六进行下一条焊缝曲线的运算，直到计算出每条焊缝曲线的所有离散点进行焊接时机器人各个关节的转角数据；/n步骤八、将步骤七得到的机器人焊接某个离散点时的机器人各个关节的转角数据作为关节运动指令的参数生成一个控制机器人运动到该点的关节运动指令，按照这些离散点计算出来的顺序生成所有离散点的关节运动指令，全部关节运动指令生成焊接机器人焊接各焊缝时的机器人程序。/n...

【技术特征摘要】
1.一种焊接机器人焊接过程控制方法,其特征在于包括以下步骤：
步骤一、使用SolidWorks三维软件打开需要焊接的工件的三维模型并在工件的三维模型上添加需要焊接的焊缝，在SolidWorks三维软件里新建装配体模型并把焊接机器人和需要焊接的工件的三维模型导入该装配体模型中，根据实际使用情况在装配体模型中调整好机器人相对于工件的位置；
步骤二、使用C#编程语言对SolidWorks进行二次开发,具体过程如下：
遍历装配体模型里工件上的所有焊缝，得到该焊缝的焊缝曲线；读取工件上所有焊缝的数据，每条焊缝的数据包括焊缝曲线的起点坐标和终点坐标、位于焊缝曲线的起点和终点之间的任意一点的坐标，焊缝曲线长度S、焊缝的类型以及相交形成焊缝曲线的两个相交面的单位法向量；
步骤三、计算焊缝曲线上所有离散点的三维坐标，具体步骤为：
第一步，将焊缝曲线离散成多个点，并使在焊缝曲线上每相邻两个离散点的之间的焊缝曲线长度都为L,离散点个数N＝焊缝曲线长度S/L；
第二步，若焊缝曲线的类型为直线，使用焊缝曲线的起点坐标和终点坐标列出该焊缝曲线的空间参数方程为(X,Y,Z)＝(x(t),y(t),z(t))，其中0≤t≤1，(X,Y,Z)表示曲线上任意一点的坐标，t为该参数方程的自变量，x(t),y(t),z(t)分别是三个以t为自变量的坐标函数，X＝x(t)，Y＝y(t)，Z＝z(t)，根据t计算出该直线上点的坐标(X,Y,Z)；
如果焊缝曲线的类型为圆弧，使用焊缝曲线的起点坐标、终点坐标、位于焊缝曲线起点和终点之间的任意一点的坐标列出该焊缝曲线的空间参数方程为(X,Y,Z)＝(x(t),y(t),z(t))，其中0≤t≤1，(X,Y,Z)表示曲线上任意一点的坐标，t为该参数方程的自变量，x(t),y(t),z(t)分别是三个以t为自变量的坐标函数，X＝x(t)，Y＝y(t)，Z＝z(t)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李良腾，章青，孟翔飞，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12