專利名稱：一種用于“j”型坡口焊接機器人的在線示教方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機器人焊接領(lǐng)域，特別涉及一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法。
背景技術(shù)：
圖I為某壓力容器的結(jié)構(gòu)示意圖，該壓力容器封頭由半球封頭與多個圓管相貫構(gòu)成。壓力容器封頭與圓管連接的焊縫是在壓力容器封頭內(nèi)部，其軌跡是空間曲線，其坡口形狀為J型。為保證焊接質(zhì)量，提高焊接的勞動效率，需采用機器人對其進行焊接。對于壓力容器球管相貫J型坡口焊縫而言，通用機器人示教編程方式主要存在以下幾個方面的不足及缺失①通用焊接機器人對于復(fù)雜的焊縫只能采用示教方式或離線編程的方式進行焊縫軌跡規(guī)劃。就其示教方式而言，隨著路徑復(fù)雜程度的提高，示教點的數(shù)量也相應(yīng)增加，示教的工作量也必然增加；而其離線編程更傾向于滿足點與點之間的軌跡規(guī)劃，并沒有較好考慮整個焊縫軌跡的整體規(guī)劃，并且該方法對于操作工人的職業(yè)素質(zhì)提出了較高的要求。②在實際工程中，機器人一般不會輕易搬移，頻繁搬移機器人將會導(dǎo)致機器人基座坐標系與工件坐標系產(chǎn)生誤差，降低了機器人的工作精度。對于壓力容器球管相貫J型坡口焊縫的機器人焊接，由于受焊接工件的限制，而需采用懸掛式專用機器人，這必然會遇到如何解決機器人基坐標系與工件坐標系快速定位的問題。而若使用通用焊接機器人的話，則很難解決該問題。③使用通用機器人進行焊縫軌跡規(guī)劃時，由于工人操作熟練程度的差異以及人工視覺的誤差，必然導(dǎo)致焊縫成型質(zhì)量的一致性無法得到保證。這樣，降低各種人為的影響因素，在保證焊接質(zhì)量的前提下，提高在線示教的效率，是壓力容器球管相貫J型坡口焊縫機器人焊接必須解決的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中涉及到采用多層多道的焊接方式來填充“ J”型坡口，在記錄及表達焊縫形狀特征時，必然涉及到如何存儲焊縫形狀的問題；同時受到工件加工、變形以及機器人結(jié)構(gòu)的限制，必然出現(xiàn)理論計算焊縫的形狀與實際坡口形狀存在誤差的問題；同樣在機器人示教過程中會出現(xiàn)工人視覺的誤差。如果操作過程過于繁瑣，則會導(dǎo)致操作人員反感甚至不按照既定工藝要求來完成工作。種種誤差及缺失歸結(jié)到一起，最終一定會導(dǎo)致焊槍末端與工件表面的距離存在的不同程度的誤差，而這種誤差對于焊接過程來說是致命的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，本發(fā)明降低了工人示教軌跡的勞動強度，提高了軌跡示教的效率，降低了示教人為因素的影響，保證了焊縫質(zhì)量一致性，詳見下文描述一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，所述方法包括以下步驟(I)選取N個J型坡口軌跡特征數(shù)據(jù)點，對所述特征數(shù)據(jù)點進行B樣條插值，獲取焊槍沿理論軌跡的行走路徑并設(shè)定區(qū)間；(2)將激光測距儀扭轉(zhuǎn)至垂直圓管軸線方向，J型坡口焊接機器人沿所述理論軌跡運動，所述激光測距儀采集焊槍末端和圓管表面之間的距離并發(fā)送至微處理器；(3)所述微處理器對所述焊槍末端和圓管表面之間的距離進行處理，在所述設(shè)定區(qū)間內(nèi)根據(jù)實際焊縫形狀與相貫線參數(shù)方程獲取實際焊縫形狀和理論焊縫形狀之間周向
偏差;(4)所述微處理器判斷所述周向偏差是否在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果是，執(zhí)行步驟
(6);如果否，執(zhí)行步驟(5)；(5)所述微處理器對所述周向偏差進行糾偏，獲取第一實際焊縫形狀軌跡；(6)所述J型坡口焊接機器人回到起點，將所述激光測距儀扭轉(zhuǎn)至圓管軸線方向， 所述J型坡口焊接機器人沿所述理論軌跡的行走路徑或所述第一實際焊縫形狀軌跡運動， 所述激光測距儀采集焊槍末端和J型坡口之間的距離并進行處理，在所述設(shè)定區(qū)間內(nèi)根據(jù)實際焊縫形狀與相貫線參數(shù)方程獲取實際焊縫形狀和理論焊縫形狀之間軸向偏差；(7)所述微處理器判斷所述軸向偏差是否在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果是，執(zhí)行步驟
(9);如果否，執(zhí)行步驟⑶；(8)所述微處理器對所述軸向偏差進行糾偏，獲取第二實際焊縫形狀軌跡或第三實際焊縫形狀軌跡；(9)所述J型坡口焊接機器人再次回到起點，關(guān)閉所述激光測距儀，開始焊接，流
程結(jié)束。所述選取N個J型坡口軌跡特征數(shù)據(jù)點，對所述特征數(shù)據(jù)點進行B樣條插值，獲取焊槍沿理論軌跡的行走路徑并設(shè)定區(qū)間具體為通過圓管半徑r、球面曲率R和圓管與球面偏心距e建立相貫線參數(shù)方程；通過所述相貫線參數(shù)方程，選取不同Θ下的所述N個J型坡口軌跡特征數(shù)據(jù)點， 其中θ表示相貫線上某點與原點o'連線在X' o' r平面內(nèi)的投影與X'軸的夾角， X,、1,和Z'表示相貫線坐標；對所述特征數(shù)據(jù)點進行B樣條插值，獲取理論軌跡所對應(yīng)的B樣條曲線的控制頂點，通過所述控制頂點計算出焊槍沿理論軌跡的行走路徑并設(shè)定區(qū)間。所述所述微處理器對所述焊槍末端和圓管表面之間的距離進行處理具體為對所述焊槍末端和圓管表面之間的距離進行去除噪聲及干擾數(shù)據(jù)，擬合及平滑數(shù)據(jù)點的處理。所述所述微處理器判斷所述周向偏差是否在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)具體為所述微處理器對所述周向偏差進行分析，查找每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)第一偏差最大數(shù)據(jù)占.所述微處理器判斷所述第一偏差最大數(shù)據(jù)點是否在所述第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。所述所述微處理器對所述周向偏差進行糾偏，獲取第一實際焊縫形狀軌跡具體為采用粒子群搜索方法求取每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)第一偏差最大數(shù)據(jù)點的第一 B樣條函數(shù)的自變量參數(shù)，通過所述第一 B樣條函數(shù)自變量參數(shù)查找需要進行修改的第一若干個控制頂點；
在滿足修改后軌跡與理論軌跡平均偏差最小，且所述修改后軌跡通過所述第一偏差最大數(shù)據(jù)點的條件下，利用拉格朗日乘數(shù)法計算出所述第一若干個控制頂點的變化量；通過所述第一若干個控制頂點的變化量對所述周向偏差進行糾偏，獲取所述第一實際焊縫形狀的軌跡。所述所述微處理器判斷所述軸向偏差是否在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)具體為所述微處理器對所述軸向偏差進行分析，查找每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)所述第二偏差最大數(shù)據(jù)點；所述微處理器判斷所述第二偏差最大數(shù)據(jù)點是否在所述第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。所述所述微處理器對所述軸向偏差進行糾偏，獲取第二實際焊縫形狀軌跡或第三實際焊縫形狀軌跡具體為采用粒子群搜索方法求取每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)所述第二偏差最大數(shù)據(jù)點的第二 B樣條函數(shù)自變量參數(shù)，通過所述第二 B樣條函數(shù)自變量參數(shù)查找需要進行修改的第二若干個控制頂點；在滿足修改后軌跡與理論軌跡平均偏差最小，且所述修改后軌跡通過所述第二偏差最大數(shù)據(jù)點的條件下，利用拉格朗日乘數(shù)法計算出第二若干個控制頂點的變化量；通過所述第二若干個控制頂點的變化量對所述軸向偏差進行糾偏，獲取所述第二實際焊縫形狀的軌跡或所述第三實際焊縫形狀的軌跡。所述所述J型坡口焊接機器人再次回到起點，關(guān)閉所述激光測距儀，開始焊接具體為當(dāng)不存在所述周向偏差，也不存在所述軸向偏差時，沿著所述理論軌跡的行走路徑開始焊接；當(dāng)只存在所述周向偏差時，沿著所述第一實際焊縫形狀軌跡開始焊接；當(dāng)只存在所述軸向偏差時，沿著所述第二實際焊縫形狀軌跡開始焊接；當(dāng)既存在所述周向偏差， 又存在所述軸向偏差時，沿著所述第三實際焊縫形狀軌跡開始焊接。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，本發(fā)明通過B樣條插值明顯的減少了焊縫軌跡特征數(shù)據(jù)點的數(shù)量；通過微處理器對周向偏差和軸向偏差的判斷和糾偏，從根本上解決機器人基坐標系與工件坐標系快速定位的問題；通過采用激光測距儀采集距離，降低操作人員人為誤差因素的影響，提高控制精度；降低了工人示教軌跡的勞動強度，提高了軌跡示教的效率，降低了示教人為因素的影響，保證了焊縫質(zhì)量一致性。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)提供的壓力容器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的球管相貫結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明提供的測量圓管周向偏差的示意圖；圖4為本發(fā)明提供的測量圓管軸向偏差的示意圖；圖5為本發(fā)明提供的一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法的流程圖；圖6為本發(fā)明提供的焊槍末端行走軌跡三維仿真圖；圖7為本發(fā)明提供的驗證實例的調(diào)整前后對比圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。為了降低工人示教軌跡的勞動強度，提高軌跡示教的效率，降低示教人為因素的影響，保證焊縫質(zhì)量一致性，本發(fā)明實施例提供了一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，參見圖2、圖3、圖4和圖5,詳見下文描述101 :通過圓管半徑r、球面曲率R和圓管與球面偏心距e建立相貫線參數(shù)方程；其中，該步驟具體為根據(jù)圓管半徑r、球面曲率R和圓管與球面偏心距e建立反映不同的曲率球面，不同的半徑圓管在球面不同位置的相貫線參數(shù)方程。相貫線參數(shù)方程·
Xf =廠 cos (9 yr = r sin Θ
'=-扣2 - (x'f - (y' + ef + ^R2+e2其中，X' y1和z'表示相貫線坐標，Θ表示相貫線上某點與原點O'連線在 X, O' Y'平面內(nèi)的投影與X'軸的夾角。其中，本發(fā)明實施例中的工件以圓管為例進行說明，具體實現(xiàn)時，還可以為其他的工件，例如方形管和矩形管等，本發(fā)明實施例對此不做限制。102 :根據(jù)相貫線參數(shù)方程，選取不同Θ下的N個J型坡口軌跡特征數(shù)據(jù)點；其中，N的取值根據(jù)實際應(yīng)用中的需要進行設(shè)定，例如，當(dāng)N為13時，Θ = 0°、θ =30°、Θ = 60°、Θ = 90° ......Θ = 330° 和 Θ = 360。。103 :對N個J型坡口軌跡特征數(shù)據(jù)點進行B樣條插值，獲取理論軌跡所對應(yīng)的B 樣條曲線的控制頂點，通過控制頂點計算出焊槍沿理論軌跡的行走路徑并設(shè)定區(qū)間；其中，與現(xiàn)有技術(shù)中的直線插值或圓弧插值相比，采用B樣條插值可以減少焊縫軌跡特征數(shù)據(jù)點的選取及存儲數(shù)量，并且保證焊槍行走軌跡的精度以及光順性。B樣條曲線是NURBS (非均勻有理樣條曲線)的子集或者是特例，B樣條曲線方程定義為
ηP(U)=Zd1Nlk(U)u e
1=0其中，(IiQ= O, I, . . . , η)為控制頂點，又稱德布爾點，Nijk(u) (i = O, I, . . . , η)
稱為k次規(guī)范B樣條基函數(shù)，η的取值為大于等于零的整數(shù)。104 :將激光測距儀扭轉(zhuǎn)至垂直圓管軸線方向，J型坡口焊接機器人沿理論軌跡運動，激光測距儀采集焊槍末端和圓管表面之間的距離并發(fā)送至微處理器；其中，為了減少人為的誤差，本發(fā)明實施例采用激光測距儀來對焊槍末端和工件表面的之間的距離進行數(shù)據(jù)信息的采集。105:微處理器對焊槍末端和圓管表面之間的距離進行處理，在設(shè)定區(qū)間內(nèi)根據(jù)實際焊縫形狀與相貫線參數(shù)方程獲取實際焊縫形狀和理論焊縫形狀之間周向偏差；其中，微處理器對焊槍末端和圓管表面之間的距離進行處理具體為對焊槍末端和圓管表面之間的距離進行去除噪聲及干擾數(shù)據(jù)，擬合及平滑數(shù)據(jù)點的處理。其中，本發(fā)明實施例采用卡爾曼濾波進行去除噪聲及干擾數(shù)據(jù)的處理；本發(fā)明實施例采用模糊數(shù)學(xué)進行擬合及平滑數(shù)據(jù)點的處理，具體實現(xiàn)時，還可以采用其他的方法進行處理，本發(fā)明實施例對此不做限制。其中，具體實現(xiàn)時，設(shè)定區(qū)間可以為坐標軸上的四個象限，根據(jù)實際應(yīng)用中的需要還可以設(shè)定為其他的區(qū)間，本發(fā)明實施例對此不做限制。106 :微處理器判斷周向偏差是否在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果是，執(zhí)行步驟108 ;如果否，執(zhí)行步驟107 ；其中，微處理器判斷周向偏差是否在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)具體為I)微處理器對周向偏差進行分析，查找每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)第一偏差最大數(shù)據(jù)點；2)微處理器判斷第一偏差最大數(shù)據(jù)點是否在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。其中，具體實現(xiàn)時，根據(jù)實際應(yīng)用中的需要設(shè)定第一預(yù)設(shè)范圍，本發(fā)明實施例對此不做限制。107 :微處理器對周向偏差進行糾偏，獲取第一實際焊縫形狀軌跡；其中，微處理器對周向偏差進行糾偏，獲取第一實際焊縫形狀軌跡具體為I)采用粒子群搜索方法求取每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)第一偏差最大數(shù)據(jù)點的第一 B樣條函數(shù)的自變量參數(shù)，通過第一 B樣條函數(shù)自變量參數(shù)查找需要進行修改的第一若干個控制頂點；其中，控制頂點的數(shù)量根據(jù)實際應(yīng)用中的需要進行設(shè)定，具體實現(xiàn)時本發(fā)明實施例對此不做限制。其中，粒子群搜索方法主要有6個基本實現(xiàn)步驟①初始化每個微粒的起始位置和速度計算每一個微粒的適應(yīng)度值；③對于每一個微粒，如其適應(yīng)值優(yōu)于其本身經(jīng)歷過的最好位置，則用當(dāng)前的適應(yīng)度值作為其新的最好位置；④對于整個微粒群，如果存在適應(yīng)度優(yōu)于整個微粒群的歷史最好位置的個體，則用整個微粒群中的適應(yīng)度值最好的個體作為新的整體最好位置；⑤對于每一個微粒，先根據(jù)粒子群計算公式重新計算微粒的位置； ⑥如果達到最大的迭代次數(shù)或者最小準則，終止程序；否則，跳轉(zhuǎn)到步驟②。2)在滿足修改后軌跡與理論軌跡平均偏差最小，且修改后軌跡通過第一偏差最大數(shù)據(jù)點的條件下，利用拉格朗日乘數(shù)法計算出第一若干個控制頂點的變化量；其中，由B樣條函數(shù)的局部性質(zhì)可知，移動其中某一個控制頂點只會影響有限多個節(jié)點區(qū)間上的曲線形狀，保證該控制頂點以外的曲線形狀保持不變。利用拉格朗日乘數(shù)法計算出需要進行修改的若干個控制頂點的變化量。3)通過第一若干個控制頂點的變化量對周向偏差進行糾偏，獲取第一實際焊縫形狀的軌跡。其中，通過上述步驟最終實現(xiàn)了通過對理論軌跡模型的最優(yōu)修改而得到符合實際焊縫形狀的軌跡。108 J型坡口焊接機器人回到起點，將激光測距儀扭轉(zhuǎn)至圓管軸線方向，J型坡口焊接機器人沿理論軌跡的行走路徑或第一實際焊縫形狀軌跡運動，激光測距儀采集焊槍末端和J型坡口之間的距離；對焊槍末端和J型坡口之間的距離進行處理，在設(shè)定區(qū)間內(nèi)根據(jù)實際焊縫形狀與相貫線參數(shù)方程獲取實際焊縫形狀和理論焊縫形狀之間軸向偏差；其中，當(dāng)不存在周向偏差時，J型坡口焊接機器人回到起點，將激光測距儀扭轉(zhuǎn)至圓管軸線方向，J型坡口焊接機器人沿理論軌跡的行走路徑運動；當(dāng)存在周向偏差時，J型坡口焊接機器人回到起點，將激光測距儀扭轉(zhuǎn)至圓管軸線方向，J型坡口焊接機器人沿第一實際焊縫形狀軌跡運動。109 :微處理器判斷軸向偏差是否在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果是，執(zhí)行步驟111 ;如果否，執(zhí)行步驟110 ；其中，具體實現(xiàn)時，根據(jù)實際應(yīng)用中的需要設(shè)定第二預(yù)設(shè)范圍，第二預(yù)設(shè)范圍可以與第一預(yù)設(shè)范圍相同，也可以與第一預(yù)設(shè)范圍不同，本發(fā)明實施例對此不做限制。其中，微處理器判斷軸向偏差是否在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)具體為I)微處理器對軸向偏差進行分析，查找每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)第二偏差最大數(shù)據(jù)點；2)微處理器判斷第二偏差最大數(shù)據(jù)點是否在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。110:微處理器對軸向偏差進行糾偏，獲取第二實際焊縫形狀軌跡或第三實際焊縫形狀軌跡；I)采用粒子群搜索方法求取每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)第二偏差最大數(shù)據(jù)點的第二 B樣條函數(shù)自變量參數(shù)，通過第二 B樣條函數(shù)自變量參數(shù)查找需要進行修改的第二若干個控制頂占.2)在滿足修改后軌跡與理論軌跡平均偏差最小，且修改后軌跡通過第二偏差最大數(shù)據(jù)點的條件下，利用拉格朗日乘數(shù)法計算出第二若干個控制頂點的變化量；3)通過第二若干個控制頂點的變化量對軸向偏差進行糾偏，獲取第二實際焊縫形狀的軌跡或第三實際焊縫形狀的軌跡。其中，當(dāng)不存在周向偏差，只存在軸向偏差時，微處理器對軸向偏差進行糾偏，獲取第二實際焊縫形狀軌跡；當(dāng)既存在周向偏差，又存在軸向偏差時，微處理器對軸向偏差進行糾偏，獲取第三實際焊縫形狀軌跡。111 :J型坡口焊接機器人再次回到起點，關(guān)閉激光測距儀，開始焊接，流程結(jié)束。其中，該步驟具體包括當(dāng)不存在周向偏差，也不存在軸向偏差時，沿著理論軌跡的行走路徑開始焊接；當(dāng)只存在周向偏差時，沿著第一實際焊縫形狀軌跡開始焊接；當(dāng)只存在軸向偏差時，沿著第二實際焊縫形狀軌跡開始焊接；當(dāng)既存在周向偏差，又存在軸向偏差時，沿著第三實際焊縫形狀軌跡開始焊接。下面以一個具體的試驗來驗證本發(fā)明實施例提供的一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法的可行性，參見圖6和圖7，詳見下文描述試驗條件圓管半徑r = 56mm、球面曲率R = 2190mm以及圓管與球面偏心距e =850mm，選取13個特征數(shù)據(jù)點，假設(shè)Θ =125°位置為第一偏差最大數(shù)據(jù)點，則利用B 樣條函數(shù)對理論軌跡進行局部修改，修改過程參見步驟104-步驟107。微處理器為Intel T44002. 2GHz CPU，DDR22G 內(nèi)存。采用 Visual studio 2008 編程開發(fā)平臺。在· NET 環(huán)境下對焊槍末端沿圓管周向行走軌跡進行調(diào)整，經(jīng)過試驗驗證運動軌跡局部修改時間(形狀修改前到形狀修改后的時間)為20-25ms,可控誤差為O. 02mm。為此采用本發(fā)明實施例中的方法不但實現(xiàn)了“J”型坡口焊接機器人的在線示教，而且無論在精度和速度上，都取得了較好的效果，滿足了實際應(yīng)用中的需要。綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，本發(fā)明實施例通過B樣條插值明顯的減少了焊縫軌跡特征數(shù)據(jù)點的數(shù)量；通過微處理器對周向偏差和軸向偏差的判斷和糾偏，從根本上解決機器人基坐標系與工件坐標系快速定位的問題；通過采用激光測距儀采集距離，降低操作人員人為誤差因素的影響，提高控制精度；降低了工人示教軌跡的勞動強度，提高了軌跡示教的效率，降低了示教人為因素的影響，保證了焊縫質(zhì)量一致性。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)選取N個J型坡口軌跡特征數(shù)據(jù)點，對所述特征數(shù)據(jù)點進行B樣條插值，獲取焊槍沿理論軌跡的行走路徑并設(shè)定區(qū)間；(2)將激光測距儀扭轉(zhuǎn)至垂直圓管軸線方向，J型坡口焊接機器人沿所述理論軌跡運動，所述激光測距儀采集焊槍末端和圓管表面之間的距離并發(fā)送至微處理器；(3)所述微處理器對所述焊槍末端和圓管表面之間的距離進行處理，在所述設(shè)定區(qū)間內(nèi)根據(jù)實際焊縫形狀與相貫線參數(shù)方程獲取實際焊縫形狀和理論焊縫形狀之間周向偏(4)所述微處理器判斷所述周向偏差是否在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果是，執(zhí)行步驟(6)； 如果否，執(zhí)行步驟(5)；(5)所述微處理器對所述周向偏差進行糾偏，獲取第一實際焊縫形狀軌跡；(6)所述J型坡口焊接機器人回到起點，將所述激光測距儀扭轉(zhuǎn)至圓管軸線方向，所述 J型坡口焊接機器人沿所述理論軌跡的行走路徑或所述第一實際焊縫形狀軌跡運動，所述激光測距儀采集焊槍末端和J型坡口之間的距離并進行處理，在所述設(shè)定區(qū)間內(nèi)根據(jù)實際焊縫形狀與相貫線參數(shù)方程獲取實際焊縫形狀和理論焊縫形狀之間軸向偏差；(7)所述微處理器判斷所述軸向偏差是否在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果是，執(zhí)行步驟(9)； 如果否，執(zhí)行步驟⑶；(8)所述微處理器對所述軸向偏差進行糾偏，獲取第二實際焊縫形狀軌跡或第三實際焊縫形狀軌跡；(9)所述J型坡口焊接機器人再次回到起點，關(guān)閉所述激光測距儀，開始焊接，流程結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，其特征在于，所述選取N個J型坡口軌跡特征數(shù)據(jù)點，對所述特征數(shù)據(jù)點進行B樣條插值，獲取焊槍沿理論軌跡的行走路徑并設(shè)定區(qū)間具體為通過圓管半徑r、球面曲率R和圓管與球面偏心距e建立相貫線參數(shù)方程；通過所述相貫線參數(shù)方程，選取不同Θ下的所述N個J型坡口軌跡特征數(shù)據(jù)點，其中 Θ表示相貫線上某點與原點o'連線在X' o' I'平面內(nèi)的投影與X'軸的夾角，X'、y' 和^表示相貫線坐標；對所述特征數(shù)據(jù)點進行B樣條插值，獲取理論軌跡所對應(yīng)的B樣條曲線的控制頂點，通過所述控制頂點計算出焊槍沿理論軌跡的行走路徑并設(shè)定區(qū)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，其特征在于，所述所述微處理器對所述焊槍末端和圓管表面之間的距離進行處理具體為對所述焊槍末端和圓管表面之間的距離進行去除噪聲及干擾數(shù)據(jù)，擬合及平滑數(shù)據(jù)點的處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，其特征在于，所述所述微處理器判斷所述周向偏差是否在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)具體為所述微處理器對所述周向偏差進行分析，查找每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)第一偏差最大數(shù)據(jù)點；所述微處理器判斷所述第一偏差最大數(shù)據(jù)點是否在所述第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，其特征在于，所述所述微處理器對所述周向偏差進行糾偏，獲取第一實際焊縫形狀軌跡具體為采用粒子群搜索方法求取每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)第一偏差最大數(shù)據(jù)點的第一B樣條函數(shù)的自變量參數(shù)，通過所述第一B樣條函數(shù)自變量參數(shù)查找需要進行修改的第一若干個控制頂占.在滿足修改后軌跡與理論軌跡平均偏差最小，且所述修改后軌跡通過所述第一偏差最大數(shù)據(jù)點的條件下，利用拉格朗日乘數(shù)法計算出所述第一若干個控制頂點的變化量；通過所述第一若干個控制頂點的變化量對所述周向偏差進行糾偏，獲取所述第一實際焊縫形狀的軌跡。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，其特征在于，所述所述微處理器判斷所述軸向偏差是否在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)具體為所述微處理器對所述軸向偏差進行分析，查找每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)所述第二偏差最大數(shù)據(jù)占.所述微處理器判斷所述第二偏差最大數(shù)據(jù)點是否在所述第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，其特征在于，所述所述微處理器對所述軸向偏差進行糾偏，獲取第二實際焊縫形狀軌跡或第三實際焊縫形狀軌跡具體為采用粒子群搜索方法求取每一設(shè)定區(qū)間內(nèi)所述第二偏差最大數(shù)據(jù)點的第二B樣條函數(shù)自變量參數(shù)，通過所述第二B樣條函數(shù)自變量參數(shù)查找需要進行修改的第二若干個控制頂點；在滿足修改后軌跡與理論軌跡平均偏差最小，且所述修改后軌跡通過所述第二偏差最大數(shù)據(jù)點的條件下，利用拉格朗日乘數(shù)法計算出第二若干個控制頂點的變化量；通過所述第二若干個控制頂點的變化量對所述軸向偏差進行糾偏，獲取所述第二實際焊縫形狀的軌跡或所述第三實際焊縫形狀的軌跡。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，其特征在于，所述所述J型坡口焊接機器人再次回到起點，關(guān)閉所述激光測距儀，開始焊接具體為當(dāng)不存在所述周向偏差，也不存在所述軸向偏差時，沿著所述理論軌跡的行走路徑開始焊接；當(dāng)只存在所述周向偏差時，沿著所述第一實際焊縫形狀軌跡開始焊接；當(dāng)只存在所述軸向偏差時，沿著所述第二實際焊縫形狀軌跡開始焊接；當(dāng)既存在所述周向偏差，又存在所述軸向偏差時，沿著所述第三實際焊縫形狀軌跡開始焊接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于“J”型坡口焊接機器人的在線示教方法，涉及機器人焊接領(lǐng)域，微處理器判斷周向偏差是否在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果是，獲取軸向偏差；如果否，微處理器對周向偏差進行糾偏，獲取第一實際焊縫形狀軌跡；微處理器判斷軸向偏差是否在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果否，微處理器對軸向偏差進行糾偏，獲取第二實際焊縫形狀軌跡或第三實際焊縫形狀軌跡；如果是，J型坡口焊接機器人再次回到起點，關(guān)閉所述激光測距儀，開始焊接，流程結(jié)束；本方法通過B樣條插值明顯的減少了焊縫軌跡特征數(shù)據(jù)點的數(shù)量；通過微處理器的判斷和糾偏，從根本上解決機器人基坐標系與工件坐標系快速定位的問題；，降低了示教人為因素的影響，保證了焊縫質(zhì)量一致性。
文檔編號B23K9/127GK102581444SQ20121002430
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月3日
發(fā)明者王勇慧, 申俊琦, 胡繩蓀, 陳昌亮 申請人:天津大學(xué)