[发明专利]一种基于空间变换原理的弧焊机器人直线摆焊方法

说明书

本发明公开一种基于空间变换原理的弧焊机器人直线摆焊方法，通过建立摆动基础平面的方式将三维空间摆动问题化简到二维空间中求解，先通过部分示教参数求出摆动基础平面中的基础摆动点，后利用示教参数求解摆动平面与摆动基础平面的坐标变换矩阵。通过坐标变换矩阵将摆动基础平面中的基础摆动点映射到摆动平面，得到最终的摆焊轨迹。本发明方法具有输入参数多，轨迹运算速度快的特点。

技术领域

本发明属于弧焊作业技术领域，尤其涉及一种基于空间变换原理的弧焊机器人直线摆焊方法。

背景技术

摆弧运动是进行弧焊作业时特有的一种运动形式，用摆弧技术进行宽焊缝或空间中焊缝焊接；焊接效果更好，同时该技术也是实现焊接自动化的重要技术之一。目前，针对弧焊机器人摆弧算法的研究相对较少。哈尔滨工业大学的杨海涛提出了基于空间矢量位置法的摆弧运动方案，可以实现基础的空间摆弧运动；华中科技大学的熊烁针对这个问题提出了一种基于轨迹叠加思路的运动方案；这些算法虽然都能完成摆焊的基础动作，但是均有着输入参数少，摆动轨迹简单，运算量大的缺点。

发明内容

本发明提出了一种基于空间变换原理的弧焊机器人直线摆焊方法，可以克服上述摆弧方案缺点，实现多种控制参数输入，完成复杂的直线轨迹摆焊。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:

一种基于空间变换原理的弧焊机器人直线摆焊方法，包括以下步骤：

步骤1、摆动平面模型的建立

(1.1)首先建立基础平面，使示教路径与基础平面的X轴重合， XOY即为摆动基础平面，在基础平面根据摆动参数得出摆动的所有节点；

(1.2)XOY平面绕基础坐标系三次旋转后平移得到摆动平面，这三次旋转依次是，先绕着基础坐标系X轴旋转对应倾斜角角度γ，然后绕Y轴旋转β，最后绕着Z轴旋转α；

(1.3)求解摆动平面的旋转平移矩阵，假设示教两点的坐标分别为P_A(x_A,y_A,z_A)和P_B(x_B,y_B,z_B)，分别对α，β，γ求解，其中，γ为倾斜角的角度，β角与和Z轴所成的角度互余，设线段AB的长度为d，则：

假设与X轴的夹角为δ，根据最小角定理可得：

cosδ＝cosγ·cosα

其中：

联立可得：

得：

求解出(α，β，γ)之后，可得由基础平面到摆动平面的旋转矩阵，即：

在建立模型时，假设条件是d_xy≠0，当d_xy＝0时，即焊接方向为沿着机器人坐标系Z轴的焊接，此时旋转矩阵有两种情况：

当Z_BZ_A时：

当Z_B＜Z_A时：

通过上述分析可以得到由基础平面XOY到摆动平面的齐次变换矩阵：