[发明专利]一种激光识别焊缝8轴机器人空间曲线焊接系统及方法

摘要

本发明公开了一种激光识别焊缝8轴机器人空间曲线焊接系统，包括用于固定工件的倾斜/旋转两轴变位机、激光传感器、激光传感器固定元件、焊枪、焊枪固定元件、焊接机器人，工件固定在倾斜/旋转两轴变位机上，跟随倾斜/旋转两轴变位机做倾斜和/或旋转运动，激光传感器安装在激光传感器固定元件上，激光传感器固定元件装夹在焊枪上，焊枪安装在焊枪固定元件上，焊枪固定元件安装在焊接机器人末端法兰盘上，激光传感器和焊枪均可跟随焊接机器人末端运动。本发明还公开了一种激光识别焊缝8轴机器人空间曲线焊接方法。本发明解决了现有空间曲线焊缝离线编程的精确度不高、空间曲线焊缝示教编程示教工作量大、效率低等问题，效率精度高。

主权项

一种激光识别焊缝8轴机器人空间曲线焊接方法，基于激光识别焊缝8轴机器人空间曲线焊接系统，所述的激光识别焊缝8轴机器人空间曲线焊接系统包括用于固定工件的倾斜/旋转两轴变位机、激光传感器、激光传感器固定元件、焊枪、焊枪固定元件、焊接机器人，工件固定在所述倾斜/旋转两轴变位机上，跟随倾斜/旋转两轴变位机做倾斜和/或旋转运动，激光传感器安装在激光传感器固定元件上，激光传感器固定元件装夹在焊枪上，焊枪安装在焊枪固定元件上，焊枪固定元件安装在焊接机器人末端法兰盘上，激光传感器和焊枪均可跟随焊接机器人末端运动；所述倾斜/旋转两轴变位机包括固定底座、可摆动的倾斜轴运动机构及可旋转的旋转轴运动机构，所述的倾斜轴运动机构固定设置在固定底座上，所述的旋转轴运动机构固定设置在所述倾斜轴运动机构上，随倾斜轴运动机构同步摆动；所述的倾斜轴运动机构包括相对地固定设置在所述固定底座上的主动侧立板和从动侧立板、固定设置在所述主动侧立板上的交流伺服减速驱动机构、设置在所述从动侧立板上的回转支撑、包括两个脚座的旋转轴运动机构安装座，两个脚座分别连结在交流伺服驱动机构输出端和回转支承的外圈上，旋转轴运动机构安装座能够在交流伺服减速驱动机构带动下，绕交流伺服减速驱动机构输出端的轴线转动；所述的旋转轴运动机构包括交流伺服减速驱动机构、固定设置在所述交流伺服减速驱动机构输出端上的固定工件工作台，所述的固定工件工作台在交流伺服减速驱动机构带动下，绕交流伺服减速驱动机构输出端的轴线转动；所述的交流伺服减速驱动机构为蜗轮蜗杆及交流伺服电机驱动机构或谐波减速器及交流伺服电机驱动系统；所述的蜗轮蜗杆及交流伺服电机驱动机构包括蜗轮蜗杆机构、连接所述蜗轮蜗杆机构输入端的交流伺服电机、连接所述蜗轮蜗杆机构输出端的转盘；所述谐波减速器及交流伺服电机驱动系统包括谐波减速器、连接所述谐波减速器输入端的交流伺服电机、连接所述谐波减速器输出端的转盘；其特征在于，包括如下步骤：S1、调整焊接机器人的位置和姿态，使固定在焊枪的激光传感器处于扫描焊缝的最佳位置，即让焊缝处于激光传感器的有效工作范围，又保证在连续扫描焊缝的过程中，工件不会与激光传感器发生干涉；S2、倾斜/旋转两轴变位机连续转动，使焊缝从起点到终点依次经过激光传感器(4)的扫描区；S3、从激光传感器扫描结果中提取焊缝的特征点，并计算激光传感器坐标系下的焊缝中心点坐标；S4、经过坐标变换，将激光传感器坐标系下的焊缝中心点坐标变换到固定工件工作台坐标系下；S5、使用非均匀有理B样条曲线拟合焊缝中心点，得到空间曲线焊缝的非均匀有理B样条曲线形式的参数方程表达式；S6、按照焊接工艺规定的焊接速度、加速度及加加速度，使用S型加减速曲线进行整个焊接过程的加减速运动规划；S7、使用参数与速度的递推关系式，将空间曲线焊缝离散化，得到离散的插补点：u((k+1)T)=u(kT)+T·v(t)(x·)2+(y·)2+(z·)2,]]>式中：u为曲线参数，k表示第k个插补点；T为插补周期；v(t)为t时刻的插补速度；分别为焊缝参数方程关于参数的一阶导数在x,y,z方向上的分量；S8、根据焊接工艺要求的插补点焊接姿态，求解倾斜/旋转两轴变位机运动学逆解，得到插补点对应的倾斜轴转角θ7和旋转轴转角θ8；S9、求解倾斜/旋转两轴变位机运动学正解得到插补点对应的焊枪末端位置和姿态；S10、求解机器人运动学逆解得到机器人六个轴的转角θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6；S11、倾斜/旋转两轴变位机和焊接机器人协调同步运动进行焊接；S12、在焊接过程中，激光传感器扫描焊缝，进行实时焊缝跟踪，补偿由于焊接热变形因素造成的焊缝位置偏差。