一种铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法，包括以下步骤：(1)根据工件的结构特征建立工件坐标系；(2)在工件坐标系下测量工件的几何参数和焊缝端点参考位置坐标；(3)确定焊接工艺参数；(4)计算工件坐标系中焊缝端点参考位置坐标；(5)根据坡口角度和侧板倾角参数，规划焊枪姿态；(6)根据焊接工艺参数规划多层多道焊接；(7)根据工件几何参数进行焊接顺序规划；(8)生成完整的多层多道焊接路径；本发明专利技术全程无需手工示教，不仅对焊接位置进行了规划，还对焊枪姿态和多层多道焊接路径进行了规划，参数化建模方法灵活，适配各种几何构型的工件，焊接顺序随不同工件进行自适应调整，满足实际工艺要求。满足实际工艺要求。满足实际工艺要求。

【技术实现步骤摘要】
一种铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法


[0001]本专利技术涉及一种信息处理及会话推荐领域，尤其涉及一种铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法。

技术介绍

[0002]传统铁塔支撑件通常采用手工焊接的方法来加工，但是目前焊接行业面临招工难、效率低、质量控制难等问题。
[0003]为了解决上述存在的问题，如公开号为CN112658521A的中国专利公开了铁塔脚的参数化免示教焊接方法、计算机设备、存储介质，包括：进行焊接样品的示教以获取点位数据；根据示教获取到的点位数据建立塔脚基准坐标系；获取塔脚参数；进行塔脚基准坐标系的偏移得到塔脚参考坐标系；计算在塔脚参考坐标系中塔脚焊缝的各端点的坐标；根据各端点的坐标确定塔脚的焊缝轨迹并完成焊接。该专利技术的方法可实现仅一次示教，后续焊接均免示教，从而较好的解决了现有技术存在的铁塔脚工件种类多，差异大，需要反复编程的问题。但该专利技术的方法仍需一次手工示教，焊接路径缺乏焊枪姿态的规划，也不能满足实际多层多道焊接的需求，且焊接顺序没有根据工艺要求进行调整，参数化方法缺乏泛型特性。
[0004]目前国内外尚无能够满足等级焊缝工艺要求的免示教参数化的铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法，不仅对焊接位置进行了规划，还对焊枪姿态和多层多道焊接路径进行了规划，适配各种几何构型的工件，焊接顺序随不同工件进行自适应调整。
[0006]技术方案：本专利技术所述的一种铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法，包括以下步骤：
[0007](1)根据工件的结构特征建立工件坐标系；
[0008](2)在工件坐标系下测量工件的几何参数和焊缝端点参考位置坐标；
[0009](3)确定焊接工艺参数；
[0010](4)计算工件坐标系中焊缝端点参考位置坐标；
[0011](5)根据坡口角度和侧板倾角参数，规划焊枪姿态；
[0012](6)根据焊接工艺参数规划多层多道焊接；
[0013](7)根据工件几何参数进行焊接顺序规划；
[0014](8)生成完整的多层多道焊接路径。
[0015]进一步的，所述步骤(1)工件坐标系建立规则为：铁塔支撑工件均由一块底板和两块侧板组成，其中一块侧板为整板，另一块侧板切分为两个子块分布于整板两侧，两块侧板十字交叉且空间垂直，与底板形成倾角；以底板中心为原点O，以垂直于底板竖直向上为Z轴正方向，以底板平面内平行于整块侧板的直线为Y轴(正方向自定)，X轴方向由右手定则可
以确定。
[0016]进一步的，所述步骤(2)工件的几何参数包括：底板X向长bX、底板Y向长bY、底板厚度bZ、X侧板倾角θ
x
、Y侧板倾角θ
y
、X侧板长度H、侧板厚度C、X向中心偏置G
x
、Y向中心偏置G
y
、坡口深度d、坡口角度a。
[0017]进一步的，所述步骤(3)焊接工艺参数包括：焊脚高度K、焊接堆叠量l。
[0018]进一步的，所述步骤(4)焊缝端点参考位置坐标的计算方法为：计算侧板厚度在X+和Y+方向上的投影δ
x
和δ
y
、坡口在X+和Y+方向上的投影β
x
和β
y
、侧板高度在X+/Y+/Z+方向上的投影G
x
/G
y
/h；焊缝端点坐标的X,Y,Z分量由工件的几何参数与以上几个投影参数相加减得到。其中，焊缝起点和终点的参考位置坐标计算方式如下：
[0019]X轴方向焊缝起点的坐标：Y轴方向焊缝起点的坐标：Z轴方向焊缝起点的坐标：(O
x
±
δ
x
+G
x
,O
y
±
δ
y
±
β
y
+G
y
,h)。其中，正负号取决于焊缝位于坐标轴的正负半轴。
[0020]X轴方向焊缝终点的坐标：(O
x
±
δ
x
±
c,O
y
±
δ
y
±
β
y
,0)，Y轴方向焊缝终点的坐标：(O
x
±
δ
x
±
β
x
,O
y
±
δ
y
,0)，Z轴方向焊缝终点的坐标：(O
x
±
δ
x
,O
y
±
δ
y
±
β
y
,c)。其中，正负号取决于焊缝位于坐标轴的正负半轴。
[0021]进一步的，所述步骤(5)包括以下步骤：
[0022](51)定义焊枪工具坐标系，其中，焊枪所在平面为ZX平面；焊枪尖端法向为Z轴方向，焊枪前端为X轴方向，Y轴方向可由右手定则确定；其中，右手定则公式为：Z
×
X＝Y；
[0023](52)定义焊枪姿态对应的旋转矩阵为R，计算方法如下：
[0024]根据焊缝的朝向确定基础姿态矩阵R
b
，根据坡口角度、侧板倾角确定焊枪倾斜姿态变换矩阵R
t1
，根据焊接工艺要求确定焊枪倾斜姿态变换矩阵R
t2
，焊枪的最终姿态R＝R
b
R
t1
R
t2
；其中：
[0025][0026]对于焊缝1X/2X/3X/4X，n＝(
±
1 0 0)
T
，a＝(0 0
ꢀ‑
1)
T
，o＝n
×
a；
[0027]对于焊缝1Y/2Y/3Y/4Y，n＝(0
ꢀ±
1 0)
T
，a＝(0 0
ꢀ‑
1)
T
，o＝n
×
a；
[0028]对于焊缝1Z/2Z/3Z/4Z，n＝(0 0
ꢀ‑
1)
T
，a＝(0 0
ꢀ±
1)
T
，o＝n
×
a；
[0029]以上
±
在焊缝位于正半轴时取负号，位于负半轴时取正号；
[0030]定义绕焊枪工具坐标系X轴的转角α，对于坡口焊缝1X/3X/2Y/4Y/2Z/4Z，对于其余坡口焊缝，对于角焊缝1X/2X，(2X取负)；对于角焊缝3X/4X，(4X取负)；对于角焊缝1Y/4Y，其中，1Y取负；对于角焊缝2Y/3Y，其中，3Y取负；对于角焊缝1Z/2Z/3Z/4Z，α＝
±
45
°
，其中，1Z/3Z取负；则倾斜姿态的变换矩阵R...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据工件的结构特征建立工件坐标系；(2)在工件坐标系下测量工件的几何参数和焊缝端点参考位置坐标；(3)确定焊接工艺参数；(4)计算工件坐标系中焊缝端点参考位置坐标；(5)根据坡口角度和侧板倾角参数，规划焊枪姿态；(6)根据焊接工艺参数规划多层多道焊接；(7)根据工件几何参数进行焊接顺序规划；(8)生成完整的多层多道焊接路径。2.根据权利要求1所述的一种基于项目表示增强的会话推荐方法，其特征在于，所述步骤(1)工件坐标系建立规则为：铁塔支撑工件均由一块底板和两块侧板组成，其中一块侧板为整板，另一块侧板切分为两个子块分布于整板两侧，两块侧板十字交叉且空间垂直，与底板形成倾角；以底板中心为原点O，以垂直于底板竖直向上为Z轴正方向，以底板平面内平行于整块侧板的直线为Y轴，X轴方向由右手定则可以确定；其中，右手定则公式为Z
×
X＝Y。3.根据权利要求1所述的一种铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法，其特征在于，所述步骤(2)工件的几何参数包括：底板X向长bX、底板Y向长bY、底板厚度bZ、X侧板倾角θ
x
、Y侧板倾角θ
y
、X侧板长度H、侧板厚度C、X向中心偏置G
x
、Y向中心偏置G
y
、坡口深度d、坡口角度a。4.根据权利要求1所述的一种铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法，其特征在于，所述步骤(3)焊接工艺参数包括：焊脚高度K、焊接堆叠量l。5.根据权利要求1所述的一种铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法，其特征在于，所述步骤(4)焊缝端点参考位置坐标的计算方法为：计算侧板厚度在X+和Y+方向上的投影δ
x
和δ
y
、坡口在X+和Y+方向上的投影β
x
和β
y
、侧板高度在X+/Y+/Z+方向上的投影G
x
/G
y
/h；焊缝端点坐标的X、Y、Z分量由工件的几何参数与以上几个投影参数相加减得到；其中，焊缝起点和终点的参考位置坐标计算方式如下：X轴方向焊缝起点的坐标：Y轴方向焊缝起点的坐标：Z轴方向焊缝起点的坐标：(O
x
±
δ
x
+G
x
,O
y
±
δ
y
±
β
y
+G
y
,h)；其中，正负号取决于焊缝位于坐标轴的正负半轴。X轴方向焊缝终点的坐标：(O
x
±
δ
x
±
c,O
y
±
δ
y
±
β
y
,0)，Y轴方向焊缝终点的坐标：(O
x
±
δ
x
±
β
x
,O
y
±
δ
y
,0)，Z轴方向焊缝终点的坐标：(O
x
±
δ
x
,O
y
±
δ
y
±
β
y
,c)。其中，正负号取决于焊缝位于坐标轴的正负半轴。6.根据权利要求1所述的一种铁塔支撑件机器人多层多道焊接路径规划方法，其特征在于，所述步骤(5)包括以下步骤：(51)定义焊枪工具坐标系，其中，焊枪所在平面为ZX平面；焊枪尖端法向为Z轴方向，焊枪前端为X轴方向，Y轴方向可由右手定则确定；其中，右手定则公式为Z
×
X＝Y；(52)定义焊枪姿态对应的旋转矩阵为R，计算方法如下：根据焊缝的朝向确定基础姿态矩阵R
b

【专利技术属性】
技术研发人员：温兴，何杏兴，刘生，李松领，徐立轩，
申请(专利权)人：南京熊猫电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：